鐵路論文發(fā)表基于功效鐵路運輸評價

　　為了探討露天煤礦生產(chǎn)中鐵路運輸系統(tǒng)的協(xié)調(diào)程度，本篇鐵路論文引入容量耦合理論建立耦合度模型，通過耦合分析對系統(tǒng)的耦合程度進行了定量計算，并通過實例對模型進行驗證.在耦合分析的過程中，將不同參數(shù)轉(zhuǎn)化為可比較的同量綱數(shù)值.《高速鐵路技術(shù)》期刊是由中國中鐵股份有限公司主管，中鐵二院工程集團有限責(zé)任公司主辦的國家級科技期刊。本刊于2009年10月已獲國家新聞出版總署批準(zhǔn)， 2010年2月正式向國內(nèi)外公開發(fā)行。國內(nèi)統(tǒng)一連續(xù)出版物號：CN51—1730/U;國際標(biāo)準(zhǔn)連續(xù)出版物號：ISSN1674—8247，郵發(fā)代碼：62-124。

　　煤炭在我國能源結(jié)構(gòu)中占有重要的地位，國家統(tǒng)計局的統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，2010年我國能源消費中，煤炭消費量占70%[1].2010年國家鐵路運輸貨物中，煤炭運輸量為200043萬t，占總量的55%[1].我國的煤炭大省山西省2010年的煤炭運能缺口仍在40%～50%之間.在當(dāng)前煤炭產(chǎn)、運雙方相對獨立的背景下，造成了煤炭在中轉(zhuǎn)環(huán)節(jié)大量的堆積.在作為主要外運手段的鐵路運輸運能緊張的情況下，探討露天煤礦生產(chǎn)與外運之間的協(xié)調(diào)問題，具有重要的現(xiàn)實意義.國內(nèi)外學(xué)者對運輸系統(tǒng)的協(xié)調(diào)和耦合做了一些研究，文獻[2-5]對系統(tǒng)協(xié)調(diào)程度的定量描述進行了探討，部分學(xué)者引入了耦合理論研究子系統(tǒng)之間的配合程度[6-12].從上述研究可知，耦合在物理討論中用于分析兩個或兩個以上的實體相互依賴于對方的量度，在分析露天煤礦與鐵路運輸雙系統(tǒng)關(guān)系中是可以借鑒的.但在耦合度分析與計算中需要對各參數(shù)初始數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一量綱化處理，當(dāng)前進行統(tǒng)一量綱常用的手段較多，實踐中多數(shù)采用均值方差法[13]，即通過描述各個指標(biāo)觀測值相對于均值的分布情況.但這類方法要求指標(biāo)變量線性變化，其變化值與其對系統(tǒng)的影響程度成正比關(guān)系，此外，這類方法要求較多的初始觀測值參與計算，這些都不符合新建礦山的要求.本文對依賴經(jīng)驗數(shù)據(jù)較低的功效系數(shù)法進行改進，研究了露天煤礦采掘、運輸設(shè)備的運用指標(biāo)和鐵路外運系統(tǒng)數(shù)量、載重、波動等參數(shù)的選擇.

　　1參數(shù)選擇為探求露天煤礦企業(yè)生產(chǎn)與鐵路外運組織之間的耦合程度，需要選取一定的參數(shù)[14].選擇參數(shù)時，以全面性、科學(xué)性、層次性、目的性、可比性及可操作性為原則.

　　1.1露天煤礦生產(chǎn)系統(tǒng)參數(shù)在描述和評價露天煤礦生產(chǎn)系統(tǒng)時，應(yīng)選擇具有全局性的參數(shù)，并要求參數(shù)能夠直接反映露天礦生產(chǎn)狀況，參數(shù)變化對生產(chǎn)狀況有直接影響.考慮我國大量新建的大規(guī)模露天煤礦多采用單斗鏟-卡車工藝或以此為基礎(chǔ)的綜合工藝系統(tǒng)，故選擇如下參數(shù).(1)挖掘機數(shù)量挖掘機數(shù)量指標(biāo)能直接反映露天煤礦的生產(chǎn)能力，一般采用一定計量周期內(nèi)投入實際生產(chǎn)的設(shè)備數(shù)量，即考慮出動的挖掘機數(shù)量.(2)挖掘機斗容挖掘機斗容能夠直接體現(xiàn)挖掘設(shè)備的工作能力，不同斗容設(shè)備的計量周期生產(chǎn)能力存在較大的差距.為便于新建礦山的生產(chǎn)持續(xù)性和設(shè)備的易維護性，大部分新建礦山多采用同樣規(guī)格的設(shè)備.(3)卡車數(shù)量在露天礦生產(chǎn)系統(tǒng)中，坑內(nèi)運輸系統(tǒng)對生產(chǎn)有直接的影響.采用單斗鏟-卡車工藝的露天煤礦，其卡車數(shù)量能夠直接反映礦山生產(chǎn)情況.(4)卡車平均靜載重靜載重是指貨車在靜止?fàn)顟B(tài)下平均每車裝載的貨物重量，用以分析貨車完成裝車時車輛載重的利用情況.卡車平均靜載重能夠客觀的反應(yīng)卡車運輸對煤礦生產(chǎn)能力產(chǎn)生的影響.(5)平均運距露天礦卡車平均運距是指一定計量周期內(nèi)平均每輛卡車完成每次生產(chǎn)周期所走行的平均距離.平均運距包括裝車點重載至卸車點的距離、返程的空駛距離以及其間為完成作業(yè)所走行的其他路程長度.

　　1.2鐵路運輸系統(tǒng)參數(shù)選擇鐵路運輸系統(tǒng)的描述和評價參數(shù)應(yīng)該能夠反映礦山外運體系的服務(wù)水平，而不是對路網(wǎng)系統(tǒng)狀況進行闡述，因此選擇以下參數(shù).(1)日平均入礦車數(shù)國家鐵路與礦區(qū)交換的空重載車數(shù)直接反映鐵路運輸系統(tǒng)對礦區(qū)資源外運的服務(wù)水平.由于露天礦山生產(chǎn)具有持續(xù)性特點，當(dāng)前生產(chǎn)過程中，通常礦方會采用不停車裝車系統(tǒng)，使得入礦車輛不解體、不停車迅速完成裝載并返回國家鐵網(wǎng)絡(luò)，因此，日平均入礦車數(shù)能夠直觀的反映雙方交換車的情況.(2)車輛平均載重量利用系數(shù)鐵路車輛平均載重量利用系數(shù)指標(biāo)能夠反映車輛裝載的情況，采用這類指標(biāo)避免了不同貨車編組造成評判指標(biāo)不統(tǒng)一的問題.(3)列車到達不均衡系數(shù)考慮鐵路貨車常出現(xiàn)集中到達情況，往往與煤礦生產(chǎn)的持續(xù)平穩(wěn)特點產(chǎn)生較大的沖突，為反映外運服務(wù)水平，引入列車到達不均衡系數(shù)指標(biāo).

　　2參數(shù)同度量化處理

　　設(shè):uij為煤礦生產(chǎn)-鐵路運輸系統(tǒng)中各參數(shù)的功效貢獻值，其中:i為系統(tǒng)編號，i=1，2;j為參數(shù)編號，j=1，2，…，n;uij為第i個子系統(tǒng)中第j個參數(shù)的貢獻值;Xij為第i個子系統(tǒng)中第j個參數(shù)的實測值;XDij為第i個子系統(tǒng)中第j個參數(shù)的設(shè)計目標(biāo)值或經(jīng)驗最優(yōu)值;XOij為第i個子系統(tǒng)中第j個參數(shù)的設(shè)計最低值或經(jīng)驗獲得的最小允許值.當(dāng)參數(shù)越大、系統(tǒng)評價越好時，取實測指標(biāo)與最小允許值的差值參與計算;當(dāng)參數(shù)越小、系統(tǒng)評價越好時，取實測指標(biāo)與設(shè)計值最優(yōu)值的差值參與計算，則有0

　　3耦合度函數(shù)

　　借鑒物理學(xué)中容量耦合(capacitivecoupling)的概念和容量耦合系數(shù)模型[15]，針對礦山生產(chǎn)與鐵路外運雙系統(tǒng)的特點，推廣得到雙系統(tǒng)(或要素)相互作用的耦合度模型為由式(3)可知，礦山生產(chǎn)與鐵路外運的耦合程度受2個子系統(tǒng)各自狀況的影響，且與子系統(tǒng)對整體貢獻情況的乘積成正比，與子系統(tǒng)對整體貢獻情況的和成反比.耦合度值應(yīng)為:C∈[0，1].當(dāng)C=1時，耦合度最大，系統(tǒng)之間或系統(tǒng)內(nèi)部要素之間達到良性共振耦合，系統(tǒng)將趨向新的有序結(jié)構(gòu);當(dāng)C=0時，耦合度極小，系統(tǒng)之間或系統(tǒng)內(nèi)部要素之間處于無關(guān)狀態(tài)，系統(tǒng)將向無序發(fā)展.具體評判標(biāo)準(zhǔn)[16]見表1.

　　4實例驗證

　　為驗證上述模型能否真實有效地反映和評價實際生產(chǎn)的協(xié)調(diào)程度，采用內(nèi)蒙古東部某露天煤礦為例進行驗證.該露天煤礦是國家煤炭工業(yè)“十一五”規(guī)劃的10個千萬噸露天煤礦之一，該煤礦位于勝利煤田的中部，礦權(quán)境界東西長7.3～8.0km，南北寬6.1～6.3km，面積49.63km2，總儲量703826萬t，露天開采資源儲量為531872萬t，可采儲量397002萬t，平均剝采比2.93m3/t.對應(yīng)前述參數(shù)選擇，提取煤礦生產(chǎn)和外運參數(shù)如表2和表3所示.表2、3中，考慮新建礦山工作量推進多采用外包方式，且受鐵路網(wǎng)能力和建設(shè)程度的影響，結(jié)合生產(chǎn)實際，采用1/3外運量通過鐵路運輸方式進行外運.運用層次分析法，得到不同系統(tǒng)的參數(shù)權(quán)重如表4所示.依據(jù)表4取值，分別將Xij、XDij、XOij、λij代入式(1)～(3)，計算結(jié)果見表5.從表5可以看出，該礦生產(chǎn)與鐵路外運系統(tǒng)之間的耦合度為0.61.參考表1的評價標(biāo)準(zhǔn)可以看出，煤礦生產(chǎn)與鐵路外運系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)情況較好，但偏向一般水平.鐵路外運系統(tǒng)對整體的協(xié)調(diào)工作造成較多不便，其對整體的貢獻度僅為煤炭生產(chǎn)的43%，影響了系統(tǒng)的整體協(xié)調(diào)性.由表5還可以看到，對于鐵路外運系統(tǒng)，與預(yù)期相比，較低的入礦車數(shù)對系統(tǒng)協(xié)調(diào)造成了較大的影響，其貢獻率僅為其他指標(biāo)中最小數(shù)值的20%，而接發(fā)列車的不均衡系數(shù)卻對系統(tǒng)不協(xié)調(diào)影響較小.經(jīng)調(diào)查，這一結(jié)果與現(xiàn)場人員反映的情況一致.所以對于該礦，可以考慮購置自備車入鐵路網(wǎng)運行、建設(shè)坑口電站等方式提高參數(shù)的貢獻率.若日平均入礦車數(shù)能夠提高到計劃數(shù)量的80%，系統(tǒng)耦合度能夠提高17%.這對于礦山合理生產(chǎn)和企業(yè)協(xié)調(diào)發(fā)展，具有重要的意義.

　　5結(jié)論

　　實例計算表明，模型取得的結(jié)論與實際生產(chǎn)中的狀況相似，能夠反映現(xiàn)實生產(chǎn)中露天煤礦生產(chǎn)-鐵路運輸系統(tǒng)的耦合情況，并能夠定量得到不同參數(shù)對系統(tǒng)耦合的影響，有利于改進生產(chǎn).研究表明:(1)露天煤礦生產(chǎn)-鐵路運輸系統(tǒng)的協(xié)調(diào)關(guān)系與不同參數(shù)對系統(tǒng)有序性的貢獻有關(guān)，且該貢獻與指標(biāo)的實際表現(xiàn)和設(shè)計期望相關(guān).(2)導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)不協(xié)調(diào)的原因與個別參數(shù)達到期望值的程度較低有關(guān).(3)若企業(yè)能夠改良表現(xiàn)較差的參數(shù)，縮小其與期望值的差距，將使系統(tǒng)協(xié)調(diào)性有較大的提升.

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