空氣炮在解決料倉(cāng)堵塞中的應(yīng)用研究

郜 杰

（山西蘭花能源集運(yùn)有限公司，山西 晉城048400）

引言

工業(yè)生產(chǎn)的運(yùn)輸效率在很大程度上決定工廠(chǎng)的生產(chǎn)效率。以煤炭運(yùn)輸為例，煤炭從工作面生產(chǎn)出來(lái)后還需經(jīng)歷刮板輸送機(jī)、帶式輸送機(jī)或提升機(jī)等多個(gè)環(huán)節(jié)之間的運(yùn)輸。在實(shí)際運(yùn)輸過(guò)程中，為減少各個(gè)運(yùn)輸環(huán)節(jié)的影響，增加煤炭連續(xù)運(yùn)輸中的緩沖，在運(yùn)輸途中增設(shè)了料倉(cāng)。料倉(cāng)的應(yīng)用可彌補(bǔ)在運(yùn)輸?shù)头迤诘尼尫帕?，?chǔ)存高峰期的貨物量，對(duì)提升煤礦工作面各個(gè)設(shè)備的生產(chǎn)潛能具有重要意義[1]。然而，料倉(cāng)在實(shí)際應(yīng)用中由于所運(yùn)輸物料濕度較大，導(dǎo)致料倉(cāng)存在堵塞。本文將著重研究用空氣炮解決料倉(cāng)堵塞的問(wèn)題。

1 料倉(cāng)堵塞現(xiàn)狀分析

料倉(cāng)為工作面煤礦運(yùn)輸系統(tǒng)必不可少的部件，煤礦主井配置料倉(cāng)的卸載系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 配置料倉(cāng)的主井卸載系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

導(dǎo)致料倉(cāng)堵塞的原因主要可分為內(nèi)因和外因兩方面的因素。其中，內(nèi)因主要指的是所存放物料的機(jī)械特性和粒度大小等；外因主要指的是料倉(cāng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及材料特性等。經(jīng)統(tǒng)計(jì)可知，一般料倉(cāng)堵塞主要與料倉(cāng)倉(cāng)體的直徑大小、料倉(cāng)的高度以及物料的下載方式等相關(guān)[2]。目前，山西蘭花能源集運(yùn)有限公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)公司）裝車(chē)塔緩沖倉(cāng)設(shè)計(jì)容量300 t，共有4個(gè)下煤口；定量倉(cāng)設(shè)計(jì)容量100 t，有1個(gè)落煤口。近年來(lái)，隨著公司電煤業(yè)務(wù)的開(kāi)展，在配煤裝車(chē)過(guò)程中，因煤質(zhì)含煤泥比重大、雨水多、氣候寒冷等原因，造成掛倉(cāng)、堵倉(cāng)，嚴(yán)重影響裝車(chē)速度。

經(jīng)分析，料倉(cāng)結(jié)構(gòu)進(jìn)料口在上方，排料口在下放，物料憑借自身重力克服其與料倉(cāng)內(nèi)壁的摩擦力而下落。在實(shí)際落料過(guò)程中，當(dāng)物料的重力小于其與料倉(cāng)內(nèi)壁的摩擦力就會(huì)導(dǎo)致物料黏附于料倉(cāng)內(nèi)壁，從而導(dǎo)致后期的堵料問(wèn)題。導(dǎo)致物料自身重力不足以克服其與內(nèi)壁摩擦力的因素包括有：物料的直徑大小、物料在容器內(nèi)所停留的時(shí)間以及物料內(nèi)壁的摩擦系數(shù)等。經(jīng)實(shí)踐表明，料倉(cāng)一般出現(xiàn)堵塞的位置主要為料倉(cāng)的內(nèi)壁和出料口，且以出料口的堵塞居多[3]。

2 空氣炮原理及應(yīng)用研究

實(shí)際應(yīng)用中需采用最佳、最合理的破拱主流裝置解決料倉(cāng)堵料問(wèn)題。目前，由公司自主研發(fā)生產(chǎn)的空氣炮、疏松機(jī)等設(shè)備已經(jīng)被成功應(yīng)用于多種行業(yè)的疏通任務(wù)中，而且經(jīng)實(shí)際驗(yàn)證，空氣炮、疏松機(jī)的清堵效果最佳。此外，空氣炮、疏松機(jī)等設(shè)備還具有自動(dòng)化水平高、維修方便以及維護(hù)費(fèi)用低的優(yōu)勢(shì)，可在一定程度上降低作業(yè)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。

2.1 空氣炮原理

空氣炮一般適用于以混凝土、鋼、塑料等為主要材料制成的料倉(cāng)的清堵，其主要清堵原理為：基于氣壓平衡的理論，由氣沖裝置將設(shè)備內(nèi)的氣體壓力增大至0.4～0.8 MPa；當(dāng)需要清堵任務(wù)時(shí)，通過(guò)控制電磁閥的開(kāi)啟，使一定壓力的氣體瞬間以超音速的速度排出并以強(qiáng)大沖擊力將堵塞于料倉(cāng)內(nèi)壁和出料口的物料清除[4]。一般的空氣炮結(jié)構(gòu)如下頁(yè)圖2所示。

2.2 空氣炮的應(yīng)用

經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)勘查，結(jié)合料倉(cāng)結(jié)構(gòu)型式，對(duì)該系統(tǒng)設(shè)計(jì)安裝KQP-A-200型空氣炮24臺(tái)。緩沖倉(cāng)每個(gè)下料口安裝4臺(tái)，4個(gè)下料口共安裝16臺(tái)，空氣炮安裝在下料口的棱角處；定量倉(cāng)上采用分層與錯(cuò)位相結(jié)合的方式安裝，增加空氣炮作用范圍，每層安裝4臺(tái)空氣炮，兩層共8臺(tái)，另加C-2/0.8儲(chǔ)氣罐1臺(tái)，3立方螺桿空氣壓縮機(jī)（產(chǎn)地上海）1臺(tái)。為解決料倉(cāng)堵塞問(wèn)題，為空氣炮配置如表1所示的其他設(shè)備。

圖2 空氣炮結(jié)構(gòu)組成圖

表1 空氣炮清堵系統(tǒng)配置設(shè)備

3 空氣炮沖擊力的測(cè)試

為保證空氣炮對(duì)料倉(cāng)內(nèi)壁和出料口堵塞物的高效處理，將空氣炮清堵系統(tǒng)的各裝置按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行連接并安裝，具體技術(shù)要求如下所示：

1）空氣炮的氣體噴射管路出口應(yīng)朝下，保證管路與水平線(xiàn)的夾角大于15°；

2）要求充入空氣炮中的氣體必須經(jīng)過(guò)過(guò)濾處理的，其氣體壓力范圍保證在0.3～0.8 MPa之間，并保證氣體管路各個(gè)接口位置處不存在漏氣的現(xiàn)象；

3）空氣炮充氣控制閥應(yīng)安裝于方便作業(yè)人員操作的位置；

4）空氣炮每次運(yùn)行之前必須保證設(shè)備已經(jīng)穩(wěn)固安放于料倉(cāng)之上，保證作業(yè)的安全性；

5）針對(duì)所有熱態(tài)設(shè)備，保證空氣炮與被清堵位置的距離大于1.5 m；

6）對(duì)于空氣氣溫較低的位置，應(yīng)對(duì)空氣炮采用相應(yīng)的保溫措施，避免低溫環(huán)境影響設(shè)備的性能；

7）要求為空氣閥電磁快速排氣閥所配置電源的電壓為220 V，針對(duì)特殊場(chǎng)合比如綜采工作面應(yīng)用時(shí)應(yīng)為其配置防爆電磁閥。

按照上述技術(shù)要求安裝清堵系統(tǒng)后，整個(gè)系統(tǒng)的清堵效果不僅與氣體噴爆作用力大小相關(guān)，而且與噴爆的持續(xù)時(shí)間有關(guān)。因此，本文將驗(yàn)證不同充氣壓力下空氣炮的噴爆參數(shù)，具體測(cè)試結(jié)果如表2所示。

表2 不同充氣壓力下空氣炮噴爆參數(shù)對(duì)比

如表2所示，隨著充氣壓力的增加，對(duì)應(yīng)噴爆總時(shí)間先增大后減小，最大噴爆時(shí)間為345 ms，對(duì)應(yīng)充氣壓力為0.5 MPa；噴爆最大沖擊力隨著充氣壓力的增大而增大；沖量比值隨著充氣壓力的增大呈現(xiàn)先增大后減小的變化趨勢(shì)，且最大沖量比值為3.72，對(duì)應(yīng)充氣壓力為0.6 MPa。綜合對(duì)比，為保證料倉(cāng)的清堵效果，空氣炮對(duì)應(yīng)的最佳充氣壓力為0.6 MPa。

4 結(jié)語(yǔ)

料倉(cāng)為物料運(yùn)輸過(guò)程中必不可少的部件，由于所運(yùn)輸物料的特征及料倉(cāng)的結(jié)構(gòu)不合理導(dǎo)致其存在堵塞的問(wèn)題。為解決料倉(cāng)內(nèi)壁及出料口的堵塞問(wèn)題，根據(jù)相關(guān)技術(shù)要求完成空氣炮系統(tǒng)的安裝與相關(guān)輔助設(shè)備的配置，經(jīng)測(cè)試將最佳充氣壓力設(shè)定為0.6 MPa，可保證料倉(cāng)的清堵效果。