樊利偉，張 宜，宋振業(yè)，湯青青，陳 田，丁 一

(1.中煤科工集團 沈陽設計研究院有限公司，遼寧 沈陽 110015；2.內(nèi)蒙古煤礦設計研究院有限責任公司，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010020；3.北京固瑞恩科技有限公司，北京 100010)

我國的能源結構現(xiàn)狀是“富煤缺油少氣”，煤炭在我國一次能源占比超過50%，與之對應的就是數(shù)量眾多的煤炭相關企業(yè)。很多煤炭企業(yè)的地面建構筑物由于建設和使用時間較長，服役環(huán)境相對較為惡劣，服役期間出現(xiàn)了很多問題。例如輸煤棧橋的滲漏、輸煤棧橋底板輕質(zhì)混凝土的破壞、選煤廠主廠房的墻面和地面破損、儲煤筒倉的耐磨層破損及脫落、儲煤筒倉的堵煤等。而其中有一些問題受到環(huán)境條件、生產(chǎn)運行等條件限制，很難解決，例如輸煤棧橋滲漏修復就是其中的“疑難雜癥”之一。

筆者結合近年的工程設計和施工經(jīng)驗，對煤炭行業(yè)地面建構筑物的常見“病害”產(chǎn)生的原因進行了深入分析，并結合部分修復工程經(jīng)驗，介紹相應的修復材料和修復方法。

1 輸煤棧橋底板常見“病害”及修復

輸煤棧橋是煤炭行業(yè)承載帶式運輸機的工業(yè)構筑物，在煤炭和電力等行業(yè)被廣泛采用，是煤炭生產(chǎn)和消費領域一種非常重要的工業(yè)構筑物。受混凝土結構自重大、施工速度慢、不適合大跨度建設等因素影響，鋼桁架結構的輸煤棧橋幾乎是唯一的選擇，并且鋼桁架支撐加發(fā)泡混凝土輕質(zhì)底板(天基板)的組合最為普遍。而這一結構形式在使用過程中逐漸出現(xiàn)棧橋底板滲漏和發(fā)泡混凝土輕質(zhì)底板破損等問題。

1.1 輸煤棧橋底板滲漏原因及修復

受環(huán)保和安全的要求，輸煤棧橋每天會進行沖洗作業(yè)，對棧橋內(nèi)部的煤粉、灰塵等進行清理。雖然棧橋新建時都會進行防水設計和施工，但隨著使用時間的增加，很多棧橋都出現(xiàn)了底板防水層失效的問題，出現(xiàn)了大面積的滲漏。

經(jīng)分析，棧橋底板滲漏的原因主要有3點：一是原有防水層的施工質(zhì)量較差，部分棧橋完工后還沒驗收就出現(xiàn)了滲漏；二是鋼桁架結構自身剛度較低，結構對振動非常敏感[1]，帶式輸送機在運行中產(chǎn)生的持續(xù)振動，導致原有防水層開裂并與基層脫離(尤其是伸縮縫部位)，增加了滲漏風險；三是沖洗水中含有的腐蝕性介質(zhì)、冬季的凍融等因素，都會加速防水層的劣化。

輸煤棧橋的底板滲漏是多種原因綜合導致的，而滲漏的修復又面臨很多難點：一是由于煤炭企業(yè)連續(xù)化生產(chǎn)需要，輸煤帶式輸送機不能長時間停機，甚至需要不停機進行修復；二是棧橋內(nèi)長期沖洗作業(yè)導致的環(huán)境濕度大、基層含水率高等問題，并且修復后短時間就要重新投入生產(chǎn)運行，并再次進行沖洗作業(yè)；三是棧橋的振動，部分工況下滲漏修復后，短時間內(nèi)棧橋又重新投入生產(chǎn)運行中，振動有可能導致防水層脫落，而部分工況下甚至需要在振動環(huán)境下進行滲漏修復。由于存在上述幾個難點，常規(guī)的滲漏修復方法很難見效。例如：霍州某煤礦采用噴涂聚脲的方式對輸煤棧橋底板進行了防水處理，次年就出現(xiàn)了聚脲整體脫落和漏水的現(xiàn)象；陜西某煤礦輸煤棧橋采用丙烯酸類涂料進行防水修復處理，項目處理完還未驗收，又出現(xiàn)了漏水問題。

針對上述幾個難點，作者所在單位與中國建筑科學研究院合作，推出了一種新型的防水材料：納米級液體橡膠基復合防水涂料(聚瀝膜)。該材料是一種水性高彈性防水涂料，可在潮濕環(huán)境下施工，噴涂到基層上數(shù)秒之內(nèi)即可形成涂膜，涂膜延伸率達到1000%以上，還具有防串水、防穿刺、抗振動、耐酸堿、耐低溫、水性無污染等優(yōu)點，非常適合用于棧橋底板防水修復。同時還開發(fā)了快硬型的耐磨抗裂砂漿作為該涂料的保護層材料，該砂漿施工后30 min即可上人行走，因此整個防水體系可以在不影響煤礦生產(chǎn)的前提下，對棧橋底板的滲漏進行修復。

1.2 輸煤棧橋底板輕質(zhì)混凝土破壞原因及修復

隨著礦井及選煤廠標準化作業(yè)水平的不斷提高，沖水作業(yè)越來越頻繁，加上防水層的失效等問題，棧橋底板經(jīng)常處于潮濕狀態(tài)。在北方寒冷地區(qū)，這種潮濕狀態(tài)對混凝土的影響主要體現(xiàn)在2個方面：一方面由于凍融循環(huán)作用，使輕質(zhì)混凝土強度下降，并出現(xiàn)酥脆、剝落現(xiàn)象；另一方面，由于煤粉中含有一定量的硫等腐蝕性介質(zhì)，使輕質(zhì)混凝土內(nèi)部堿度降低，導致鋼筋網(wǎng)片的銹蝕，鋼筋網(wǎng)片銹蝕膨脹又加速了輕質(zhì)混凝土的開裂破壞。同時棧橋帶式輸送機運行時的振動對輕質(zhì)混凝土開裂后的剝落起到了加速作用，最終導致棧橋底板輕質(zhì)結構破壞，影響棧橋運行安全。此外，部分煤礦的棧橋，由于冬季滲漏結冰，在棧橋底部形成很長的冰棱，當溫度升高時冰棱脫落，存在很大的安全隱患。

從上述分析可以看出，輸煤棧橋底板輕質(zhì)混凝土的破壞主要是由于水的滲入加上凍融循環(huán)作用導致的。因此，在棧橋底板輕質(zhì)混凝土修復之前，需要先解決棧橋的滲漏問題，然后再對已經(jīng)破壞的部分進行修復，而修復的難點主要在于棧橋的持續(xù)振動、原有輕質(zhì)混凝土的強度低、施工困難等。

作者所在單位與中國建筑科學研究院合作開發(fā)了一種早強輕質(zhì)聚合物柔性修補砂漿對棧橋底板進行修復。該砂漿具有輕質(zhì)、快硬、憎水、與基層黏結強度高、耐久性優(yōu)異、抗變形能力強等優(yōu)點，克服了普通修補砂漿容重大、與基層粘結強度低、耐久性差、抗變形能力差的缺陷。

目前，聚瀝膜防水材料和早強輕質(zhì)聚合物柔性修補砂漿已在山東能源巴彥高勒煤礦、雙欣煤礦，山西柳林寨崖底煤礦、陜西小保當煤礦、中煤納林河選煤廠等近20個項目中進行了成功應用，取得了滿意的修復效果，部分項目已經(jīng)正常使用了5年多，仍舊滴水不漏，經(jīng)修復的棧橋底板也完好無損。

2 儲煤筒倉的常見“病害”及修復

儲煤倉是煤炭開采后，在加工、運輸及存放過程中最主要的倉儲設施，大部分是鋼筋混凝土結構的圓形筒倉，底面呈漏斗狀，以便煤炭在中間放料口放出。

儲煤倉的常見“病害”包括：① 煤炭在進入儲煤倉及從儲煤倉放出過程中，對倉壁尤其是漏斗斜壁部分的混凝土形成沖擊和磨損；② 煤倉堵塞、放料困難，尤其是含水率較高末煤更為常見；③ 因為凍融破壞、鋼筋銹蝕、儲煤自燃等原因，造成煤倉的本體結構破壞。

2.1 儲煤倉耐磨層破壞原因及修復方法

煤炭經(jīng)帶式輸送機輸送至布料帶式輸送機，然后經(jīng)過不同進料口自由下落進入煤倉。如果是空倉情況，煤的落差較大，會對煤倉的斜壁形成較大的沖擊和磨損。如果不是空倉情況，煤自由下落后在煤倉中的料堆上滾落至四周，這個過程中會對儲煤筒倉倉壁有一定的沖擊和磨損作用；儲煤筒倉放料過程中，隨著筒倉中的煤向下運動，會對倉壁和下部漏斗斜壁造成磨損。

針對儲煤筒倉的磨損問題，一般是通過增加耐磨層進行處理。煤倉耐磨層的傳統(tǒng)工藝主要采用粘貼鑄石板、微晶板、高分子板材，涂抹或澆筑鐵屑砂漿的方法進行處理，但鑄石板與微晶板較脆，在煤炭塊料沖擊作用下容易出現(xiàn)碎裂脫落現(xiàn)象；高分子板防火性能差；鐵屑砂漿存在耐磨性較差、有銹蝕隱患等問題。

針對傳統(tǒng)耐磨材料存在的各種問題，作者所在單位與中國建筑科學研究院合作在國內(nèi)率先研制出了一種水泥基高強抗磨材料，該材料具有高強、高韌性、抗沖擊、不空鼓、不脫落等優(yōu)點，可以長時間承受煤炭的摩擦和沖擊而不出現(xiàn)碎裂和脫落，并且作為水泥基材料，耐久性和防火性能與混凝土本體一致。自2006年推出以后，已成功應用于平煤七星選煤廠、神華大柳塔選煤廠、國投哈密一礦選煤廠等近300個煤筒倉的新建和加固修復項目中，已完工項目最長已經(jīng)正常使用15 a之久。

2.2 煤倉堵塞原因分析及修復方法

煤炭與儲煤筒倉相對運動過程中，會有一定摩擦系數(shù)，摩擦系數(shù)越大，相對運動越困難，煤炭也就不容易放出。潮濕的煤末更容易粘附在倉壁上，阻擋煤炭向下運動，塊煤也容易堆積在儲煤筒倉漏斗斜坡與豎直倉壁結合部位，越積越多，最終造成煤倉堵塞，放料困難，部分工況下還會引發(fā)煤的自燃。

針對煤末和塊煤粘附堆積造成放料口堵塞的問題，作者所在單位與中國建筑科學研究院合作開發(fā)了一種憎水型自潤滑的高強抗磨材料，并結合筒倉具體情況，形成了一套成熟的解決方案。憎水型自潤滑高強抗磨料除具備高強、高韌性等優(yōu)點外，還具有憎水和自潤滑的特性，使筒倉斜壁不易被水潤濕，降低潮濕的末煤和筒倉耐磨層之間的粘附，從而避免或改善放料口的堵塞問題。該方案目前已經(jīng)在國能集團哈爾烏素選煤廠、華能集團高頭窯煤礦等多個煤礦筒倉中進行了實際應用，改善堵倉的效果十分明顯。

2.3 煤倉本體結構破壞原因分析及加固修復

儲煤筒倉在使用過程中會因為各種原因造成結構破壞，不能滿足使用要求，如新建筒倉的配筋率不夠、混凝土強度等級不夠；煤倉失火導致的結構破壞；混凝土結構受到凍融或者腐蝕介質(zhì)侵蝕，導致混凝土和鋼筋的劣化等。

儲煤筒倉的破壞形式有多種，需要根據(jù)現(xiàn)場具體情況和設計要求選擇合適的加固方法，目前儲煤筒倉主要加固方法有增加截面積加固、粘鋼加固、粘貼碳纖維布加固、預應力鋼筋加固等。作者所在單位與中國建筑科學研究院合作研制的滲透遷移型鋼筋阻銹劑，涂刷在混凝土表面，可以滲透到混凝土內(nèi)部，并對鋼筋形成鈍化保護作用，特別適合已有筒倉加固時內(nèi)部鋼筋銹蝕的修復處理。針對筒倉加固開發(fā)的澆筑型抗磨料，可以實現(xiàn)加固和耐磨的雙重功能。鋼筋鈍化處理、加固耐磨一體化的施工方案，具有較好的技術先進性和經(jīng)濟實用性，已在平煤集團首山一礦、罐子溝煤礦、大柳塔煤礦、高頭窯煤礦等儲煤筒倉加固項目進行了應用，取得了很好的社會效益和經(jīng)濟效益。

3 選煤廠主廠房的常見“病害”及修復

3.1 主廠房墻體“病害”及修復

選煤廠主廠房是煤炭洗選作業(yè)的主要場所，選煤廠70%以上設備在主廠房內(nèi)運行。目前選煤廠主廠房多采用框架結構，燒結磚或加氣砌塊填充作為墻體。由于洗煤車間用水量大，主廠房室內(nèi)一直處于潮濕環(huán)境中，水汽容易滲入墻體。而設備運行時形成的長時間、高振幅的振動，使得墻體圍護結構很容易出現(xiàn)微細裂紋，使得室內(nèi)水汽更容易進入墻體。由于墻體一直處于潮濕狀態(tài)中，導致內(nèi)側墻體逐漸出現(xiàn)反堿、涂料層剝落、抹灰層脫落等問題；冬季低溫環(huán)境下，水汽滲透至外墻時，還存在凍融破壞問題，導致外墻抹灰層大面積空鼓脫落，存在很大的安全隱患。

主廠房的墻體破壞，主要原因是水汽滲入造成的，因此修復的首要問題是解決墻體的防水、防滲。因為內(nèi)部環(huán)境非常潮濕，內(nèi)墻表面大部分時間都有冷凝水的存在，導致油性涂料粘不住、水性涂料干不了，因此普通的防水涂料很難滿足具體工況要求。根據(jù)現(xiàn)場情況，作者所在單位與中國建筑科學研究院合作開發(fā)了一種可在潮濕環(huán)境下正常施工的防水涂料—聚納膜。聚納膜是一種水性反應型自干燥防水涂料，與常規(guī)水性涂料靠水分蒸發(fā)的成膜機理不同，聚納膜的干燥成膜是通過內(nèi)部的化學反應實現(xiàn)的，因此即使在異常潮濕的環(huán)境下，也可以正常成膜，實現(xiàn)防水、防滲的作用。聚納膜同時還具有彈性好、耐腐蝕、自清潔等優(yōu)點，通過噴涂施工或者滾刷施工，可在墻體表面形成一層有機—無機復合防水涂膜，達到隔絕水汽和腐蝕介質(zhì)的目的，可以有效防止選煤廠主廠房內(nèi)部的水汽外滲，避免有害介質(zhì)侵蝕和凍融作用對墻體和混凝土結構的破壞。聚納膜還可根據(jù)客戶要求調(diào)整顏色，對墻面及彩鋼板屋面具有保護作用的同時，也具有一定的裝飾效果，改變了以往人們對工礦企業(yè)建筑色彩單調(diào)的印象。目前該材料和修復方案，已經(jīng)在巴彥高勒、主廠房室內(nèi)墻體防護、彩鋼板屋面防護等工程中進行了應用，取得了良好效果。

3.2 主廠房地面“病害”及修復

選煤廠的主廠房地面通常都有積水存在，而水中含有的硫、磷、氯等腐蝕介質(zhì)，對地面混凝土造成了嚴重的腐蝕破壞?；炷恋母g破壞，表現(xiàn)為面層混凝土的粉化、脫落等問題，局部嚴重的部位，甚至出現(xiàn)了貫穿破壞；另一方面，含有腐蝕性介質(zhì)的水也會導致混凝土的堿度降低，從而失去對內(nèi)部鋼筋保護作用；水中含有的氯離子會加速混凝土內(nèi)部的鋼筋銹蝕；高頻振動會導致混凝土出現(xiàn)各種微細裂紋，加速混凝土和鋼筋的腐蝕破壞。在潮濕環(huán)境、腐蝕介質(zhì)、高頻振動的綜合作用下，選煤廠主廠房的結構損傷速度非?？?，對主廠房的結構安全形成很大的威脅。

選煤廠主廠房地面破壞修復，需要解決鋼筋銹蝕和混凝土破損的問題，面臨的施工難點包括環(huán)境潮濕、振動大、施工窗口期短等。為此，作者所在單位與中國建筑科學研究院合作開發(fā)了一種專用聚合物防腐砂漿，該專用砂漿具有快硬、防水防腐、耐磨抗震等優(yōu)點，可實現(xiàn)不停產(chǎn)修復施工。該材料已經(jīng)在巴彥高勒等煤礦選煤廠主廠房進行了應用，取得了滿意的修復效果。

4 鋼結構建筑的常見“病害”及修復

鋼結構具有自重輕、強度高、施工便捷等優(yōu)點，廣泛應用于煤炭行業(yè)的選煤廠主廠房、輸煤棧橋、儲煤筒倉頂部結構等部位。但是鋼材本身很容易受到環(huán)境中的水分和氧氣的作用而發(fā)生銹蝕，氯鹽及其它腐蝕性介質(zhì)會加速這一過程。因此，鋼結構建筑需要通過表面的涂裝來阻止或減緩本體腐蝕，從而延長使用壽命。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)研，煤炭行業(yè)鋼結構建筑的表面涂裝，每隔三到五年就需要進行維護或維修，部分使用環(huán)境下甚至一到兩年就需要重新涂裝。很多煤炭企業(yè)因為各種原因，對鋼結構的表面涂裝維護不及時，導致很多鋼結構銹蝕嚴重，部分鋼結構已經(jīng)無法滿足結構安全性需求，面臨拆除重建的困境。

現(xiàn)場調(diào)研和分析發(fā)現(xiàn)，煤炭行業(yè)鋼結構表面涂裝通常使用年限短的主要問題，一是新建項目采用常規(guī)的丙烯酸、環(huán)氧樹脂、聚氨酯等有機涂層，涂層在紫外線、凍融、溫差、介質(zhì)腐蝕等各種腐蝕條件下的耐候性不足；二是維護和維修項目，受到現(xiàn)場施工環(huán)境、工業(yè)生產(chǎn)、維修技術方案等因素的影響，沒有重新涂裝或者重新涂裝的涂層質(zhì)量欠缺，從而導致使用年限偏短。

煤炭行業(yè)的鋼結構建筑，維修和維護項目大部分都存在施工環(huán)境潮濕、無法徹底除銹、施工時間短、環(huán)境腐蝕嚴重等不利因素[2-3]，導致普通的防腐涂料無法適用。為此，作者所在單位與中國建筑科學研究院合作，設計開發(fā)了一種“超聚硅鈦”水性重防腐涂裝體系，克服了上述各種困難。該體系采用轉銹底漆來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的除銹工藝，僅需去除鋼結構表面疏松的鐵銹即可；面涂采用含有大量硅氧鍵的籠型超支化樹脂為基材，加入耐候性優(yōu)異的各種填料和助劑，面層耐候性是普通涂料的5倍以上；同時該涂層體系為水性產(chǎn)品，安全環(huán)保，對施工環(huán)境要求不高，與基材附著力強，耐老化性能優(yōu)異，耐水耐滲透性優(yōu)異，適合各種施工環(huán)境，涂膜可承受結露淋雨。

“超聚硅鈦”水性重防腐涂裝體系目前已經(jīng)在煤炭、石化、采礦等多個行業(yè)進行了應用，取得了良好效果。

5 結 語

主要介紹了煤炭行業(yè)地面建構筑物的常見“病害”及原因，并結合“病害”修復處理的工程經(jīng)驗，介紹了一些新的修復材料和修復方法。預計未來很長一段時間內(nèi)，煤炭仍然是保障我國能源安全的重中之重，而煤炭行業(yè)地面建構筑物的“病害”處理，涉及煤炭企業(yè)的安全生產(chǎn)和穩(wěn)定運行，切不可掉以輕心。我們應該本著盡早發(fā)現(xiàn)問題、盡快解決問題的態(tài)度，為我國的能源安全貢獻自己的一份力量。