重载铁路运输有运量大、效率高、成本低三大特点,是我国货运运输的重要部分。重载铁路煤炭装车站是煤炭从生产到运输的重要连接点,是决定煤炭运量的关键因素,其能力直接决定了煤炭运量能否满足需求。目前,随着煤炭需求逐年提升,煤炭装车站与运量需求不匹配的情况越来越突出,进而对煤炭运输产业造成了一定影响。因此对煤炭装车站能力的研究具有重要现实意义。本文首先利用系统分析理论总结了煤炭装车站系统的构成。结合串联多服务台排队理论,建立了装车站到达、装车和出发的三级串联排队模型,总结了子系统各项排队指标。该模型能够直观的体现出煤炭装车站能力的薄弱环节,并能利用其计算出各子系统以及装车站系统的能力。其次,以冯家川装车站为例,对作业时间数据进行概率拟合,根据拟合结果将排队模型近似为G/G/c/∞/∞/FCFS,计算了冯家川站各子系统的效率指标,得出了冯家川装车站系统理论能力,通过与当前运行情况的对比分析可知,冯家川站实际运行能力已经非常接近饱和,急需扩能改造。最后,在冯家川装车站运量现状及未来需求分析的基础上,设计了冯家川站扩能改造方案,即增加四条到发线及两条装车环线。在此基础上,为进一步验证该扩能改造方案的有效性,利用MATLAB编写了装车站模拟程序,对其进行模拟分析。结果表明:（1）将输入流设为17列/天,模拟所得冯家川站的能力上限为16.65列/天;（2）将到达和装车子系统服务时间都缩短10%,冯家川装车站系统能力将提升18.59%;（3）模拟所得扩能后冯家川装车站的系统能力为39.91列/天,能够满足未来的运量需求;（4）由模拟结果可知,压缩到达列检及装车时间、增加到发线数量等方案均可以有效改善冯家川装车站系统能力。