鋼筋混凝土儲(chǔ)煤筒倉(cāng)防堵技術(shù)的研究與應(yīng)用

曾慶剛，馬小強(qiáng)，井術(shù)偉，丁 一，萬 宇

(1.平頂山天安煤業(yè)股份有限公司 八礦選煤廠，河南 平頂山 467000； 2.北京固瑞恩科技有限公司，北京 100010)

目前，國(guó)內(nèi)大部分煤礦的筒倉(cāng)在使用過程中都存在煤炭掛壁及下料堵塞情況[1]。產(chǎn)生這種情況的主要原因是儲(chǔ)煤筒倉(cāng)壁大多數(shù)為混凝土構(gòu)成，而混凝土表面粗糙，吸水率較高，在煤炭?jī)?chǔ)運(yùn)過程中因粘附、堆積、擠壓等易出現(xiàn)掛壁、下料堵塞等問題，尤其是含水率較高的粉末煤掛壁更為明顯。物料的掛壁和堵倉(cāng)輕則造成倉(cāng)容下降，生產(chǎn)效率降低；重則導(dǎo)致停產(chǎn)停工，經(jīng)濟(jì)效益嚴(yán)重受損。此外，部分品種的煤長(zhǎng)時(shí)間黏在倉(cāng)壁上還存在自燃風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)筒倉(cāng)的結(jié)構(gòu)安全構(gòu)成威脅；清理筒倉(cāng)積煤非常困難，人員傷亡也并不鮮見。因此，解決物料掛壁和堵倉(cāng)問題，對(duì)企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益、安全生產(chǎn)和社會(huì)效益都有重大意義。

平煤八礦選煤廠的1 000 t筒倉(cāng)在使用中出現(xiàn)了煤炭掛壁、下料堵塞等問題，不僅需要定時(shí)停產(chǎn)疏通，而且疏通后，倉(cāng)容下降一半以上，嚴(yán)重影響了公司的運(yùn)營(yíng)效率。從長(zhǎng)遠(yuǎn)考慮，需對(duì)筒倉(cāng)進(jìn)行改造處理，以期能徹底解決此類問題。

1 儲(chǔ)煤筒倉(cāng)掛壁和堵塞的預(yù)防及處理

1.1 儲(chǔ)煤筒倉(cāng)掛壁和堵塞的預(yù)防

針對(duì)國(guó)內(nèi)儲(chǔ)煤筒倉(cāng)掛壁和堵塞問題，設(shè)計(jì)人員想通過采用特殊的倉(cāng)體結(jié)構(gòu)來減輕這種問題，但是由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、施工難度高，很難推廣使用。目前普遍采用的方法還是在筒倉(cāng)漏斗表面鋪設(shè)鑄石板、微晶板、耐磨高分子板等材料，起到緩解掛壁和堵倉(cāng)的效果。

1.1.1 鑄石板和微晶板

鑄石板和微晶板為板塊狀無機(jī)材料，通過粘貼方式附著于筒倉(cāng)錐底表面和整個(gè)或近底部分豎壁上，利用材料抗磨性強(qiáng)、吸水率低、摩擦系數(shù)小等特點(diǎn)來降低物料粘附、留存。在實(shí)際使用過程中，鑄石板和微晶板的優(yōu)點(diǎn)是強(qiáng)度高、耐磨性好、吸水率低、表面光滑；缺點(diǎn)是施工復(fù)雜，抗沖擊性能較差，容易碎裂和整體脫落。由于需要用有機(jī)膠泥將一塊塊的板材粘貼到筒倉(cāng)內(nèi)壁上，對(duì)施工要求較高，如果某塊鑄石板(微晶板)因?yàn)檎迟N不牢或受物料沖擊而破碎，其周圍的鑄石板(微晶板)也會(huì)逐步脫落，導(dǎo)致局部大面積脫落。此外，由于混凝土基材、有機(jī)膠黏劑和鑄石板(微晶板)分屬不同種類的材料，其熱變形系數(shù)相差較大，在反復(fù)溫差作用下，容易出現(xiàn)粘結(jié)失效問題。部分儲(chǔ)煤筒倉(cāng)在投入使用兩三年后，內(nèi)壁鑄石板(微晶板)就出現(xiàn)了大面積脫落。

1.1.2 耐磨高分子板材

高分子板是有機(jī)物聚合而成的高分子量化合物，相對(duì)分子量越大，耐磨、抗沖擊性能越好。目前常用的耐磨高分子板材有尼龍板和超高分子量聚乙烯板等，具有抗沖擊、耐磨性能優(yōu)異、摩擦系數(shù)小、自潤(rùn)滑、不吸水、耐腐蝕等特點(diǎn)[2]。

由于高分子板材表面非常光滑，無法用膠黏劑產(chǎn)品進(jìn)行粘貼施工，通常是在高分子板材上預(yù)留錨固孔，然后沉頭膨脹螺栓進(jìn)行錨固，也有部分項(xiàng)目采用射釘槍直接進(jìn)行錨固。耐磨高分子板材有助于提高物料在煤倉(cāng)中的流動(dòng)性，并且有較強(qiáng)的耐磨性，影響推廣使用的主要因素是成本造價(jià)高、安裝難度大、脫落風(fēng)險(xiǎn)大、有機(jī)板材易燃等問題。其中最主要的問題是高分子板材的線性熱膨脹系數(shù)是混凝土基材的20倍左右，當(dāng)溫度變化10 ℃時(shí)，其尺寸變化達(dá)到2 mm/m，大面積使用時(shí)，很容易出現(xiàn)整體脫落的問題，因此在GB 50077-2017《鋼筋混凝土筒倉(cāng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》6.6.4中明確提出不建議采用此類高分子板材作為儲(chǔ)煤筒倉(cāng)的內(nèi)襯材料。

1.2 儲(chǔ)煤筒倉(cāng)掛壁和堵塞的處理

1.2.1 空氣炮

空氣炮是指利用設(shè)備噴出高強(qiáng)壓縮氣體而瞬間產(chǎn)生釋放氣體膨脹沖擊波的強(qiáng)氣流裝置，使用時(shí)瞬間釋放的壓縮氣體以超過音速的速度直接沖入貯存物料的粘聚和堆積區(qū)，通過釋放壓縮氣體的膨脹沖擊波來推動(dòng)物料以克服其之間的靜摩擦和粘阻，使容器內(nèi)的物料恢復(fù)重力流動(dòng)性[3]。

此方法是目前最常采用的疏通方法，對(duì)含水小、粘度低的物料效果較好，但其對(duì)粘度大、壓積密實(shí)的煤炭效果不太明顯，作用空間也相對(duì)較小，使用中也常存在氣源管路和噴嘴容易堵塞或漏氣、管路積水、零配件維護(hù)維修頻繁等問題。

1.2.2 機(jī)械振動(dòng)

在下煤口安裝振動(dòng)電機(jī)或振動(dòng)構(gòu)件，通過振動(dòng)來恢復(fù)煤炭流動(dòng)而破除拱倉(cāng)、堵倉(cāng)等問題。此方法對(duì)粘度低、含水低的煤炭有一定效果，對(duì)粘度大的反而會(huì)增加板結(jié)，使壓實(shí)情況更嚴(yán)重，另外振動(dòng)機(jī)械故障率高，且易對(duì)筒倉(cāng)壁造成破壞，引發(fā)安全隱患。

1.2.3 人工疏通

人工疏通是指工人用工具對(duì)堵倉(cāng)、掛壁位置進(jìn)行清理，有時(shí)從筒倉(cāng)下料口進(jìn)行疏通，有時(shí)需要從筒倉(cāng)頂部進(jìn)行清理。人工疏通效率較低，而且清理人員的人身安全受到一定威脅，國(guó)內(nèi)發(fā)生過多起因?yàn)橥矀}(cāng)清煤而造成人員死傷的事故。

以上處理方式雖多，但是并未從根本上解決問題，往往需要定時(shí)停產(chǎn)進(jìn)行疏通清理，導(dǎo)致工廠不能連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，降低了運(yùn)營(yíng)效率。

2 儲(chǔ)煤筒倉(cāng)掛壁和堵塞處理新方法

2.1 材料選擇

GB 50077—2017《鋼筋混凝土筒倉(cāng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》中明確提出，不建議采用高分子板材作為內(nèi)襯材料，標(biāo)準(zhǔn)中還規(guī)定，如果采用鑄石板或者微晶板，必須采用可靠的粘接材料，并且要粘貼平整，粘貼后的筒倉(cāng)內(nèi)襯其表面平整度應(yīng)控制在0.3 mm以內(nèi)。平煤八礦此次需要改造的鋼筋混凝土筒倉(cāng)，已經(jīng)使用過很長(zhǎng)一段時(shí)間，其內(nèi)襯混凝土表面坑洼不平，并且布滿了煤泥等雜質(zhì)，如果采用鑄石板或者微晶板進(jìn)行改造施工，需要用高壓水對(duì)基面進(jìn)行沖洗，待基層完全干燥后，才能進(jìn)行粘貼施工，施工難度大、脫落風(fēng)險(xiǎn)高，經(jīng)過多次研究，最終放棄了粘貼鑄石板或者微晶板這個(gè)方案。

經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的資料檢索和現(xiàn)場(chǎng)考察，決定采用一種新的材料和工藝對(duì)筒倉(cāng)進(jìn)行改造施工。平煤八礦和中國(guó)建筑科學(xué)研究院、北京固瑞恩科技有限公司合作，開發(fā)了一種憎水自潤(rùn)滑型高強(qiáng)抗磨材料，這是一種高強(qiáng)的無機(jī)耐磨材料，并采用環(huán)氧樹脂和有機(jī)硅材料進(jìn)行改性，使得該材料既具有無機(jī)材料的高強(qiáng)度、高耐久性、環(huán)保不燃等特性，又具備憎水性和自潤(rùn)滑特點(diǎn)，能夠顯著改善物料在其表面的流動(dòng)情況。該材料的28 d抗壓強(qiáng)度達(dá)到100 MPa以上，整體具有憎水性和自潤(rùn)滑特點(diǎn)，即使表面出現(xiàn)了一定程度的磨損，也不會(huì)影響材料的整體憎水性能，從而克服了一些涂層材料只能表面防水的缺點(diǎn)，其主要性能指標(biāo)見表1。

表1 憎水自潤(rùn)滑型抗磨料的主要物理性能指標(biāo)

憎水自潤(rùn)滑型抗磨料具有強(qiáng)度高、耐磨性好、吸水率低、耐久性好等特點(diǎn)，現(xiàn)場(chǎng)加水?dāng)嚢韬笸磕ǖ酵矀}(cāng)內(nèi)壁表面，同時(shí)通過植筋和設(shè)置鋼筋網(wǎng)，與基層牢固結(jié)合在一起，不存在脫落的風(fēng)險(xiǎn)。

2.2 施工方法

2.2.1 基面處理

對(duì)筒倉(cāng)內(nèi)部掛壁、堆積煤炭進(jìn)行清理后拆除高分子板，露出混凝土基面；用水沖洗干凈混凝土基面上的積灰、浮塵，并使基面充分潤(rùn)濕；對(duì)有裂縫、大坑洞位置進(jìn)行加固填補(bǔ)，表面進(jìn)行甩漿拉毛。

2.2.2 堆積角處理

受磨損等各種因素影響，原筒倉(cāng)漏斗斜壁堆積角的坡度已經(jīng)不到60°，為了少增加荷載，采用輕質(zhì)砂漿材料先將堆積角改成65°，再進(jìn)行表面抗磨料的施工，堆積角改造示意如圖1所示。

圖1 筒倉(cāng)堆積角改造示意

2.2.3 植筋、鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)片

植筋采用φ8鋼筋，植筋間距為300 mm，植筋鉆孔時(shí)，應(yīng)一直鉆到混凝土基層；在筒倉(cāng)內(nèi)壁基面以上20～30 mm處綁扎鋼筋網(wǎng)片，鋼筋網(wǎng)片采用φ6圓鋼，鋼筋間距約為300mm×300mm。

2.2.4 憎水自潤(rùn)滑高強(qiáng)抗磨料的施工

按照推薦的比例加水，采用機(jī)械攪拌，并涂抹到基層表面，施工前基層應(yīng)均勻涂刷混凝土界面處理劑。施工總厚度為50 mm，分3次涂抹，每次中間間隔2 h左右，攪拌后的材料應(yīng)該在30 min內(nèi)用完。

2.2.5 壓光和養(yǎng)護(hù)

憎水自潤(rùn)滑高強(qiáng)抗磨料表層施工完畢2 h左右，需要對(duì)抗磨料進(jìn)行表面壓光處理，壓光處理后進(jìn)行保濕養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)齡期可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整，一般最短需養(yǎng)護(hù)3 d以上。

3 應(yīng)用效果分析

平煤八礦選煤廠筒倉(cāng)改造施工后，經(jīng)過近半年的實(shí)際使用，與改造前相比，筒倉(cāng)的倉(cāng)容提高了30%以上，并且未再出現(xiàn)因堵倉(cāng)而中斷運(yùn)營(yíng)的情況，取得了比較好的改造效果。

這一案例表明，憎水自潤(rùn)滑型抗磨材料在儲(chǔ)煤筒倉(cāng)特粘物料的防堵改造中，是一種比較合適的材料，后期將對(duì)其使用耐久性能進(jìn)行持續(xù)監(jiān)測(cè)。