曾慶剛，馬小強，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，國內(nèi)大部分煤礦的筒倉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煤筒倉壁大多數(shù)為混凝土構(gòu)成，而混凝土表面粗糙，吸水率較高，在煤炭儲運過程中因粘附、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。物料的掛壁和堵倉輕則造成倉容下降，生產(chǎn)效率降低；重則導(dǎo)致停產(chǎn)停工，經(jīng)濟效益嚴重受損。此外，部分品種的煤長時間黏在倉壁上還存在自燃風(fēng)險，對筒倉的結(jié)構(gòu)安全構(gòu)成威脅；清理筒倉積煤非常困難，人員傷亡也并不鮮見。因此，解決物料掛壁和堵倉問題，對企業(yè)經(jīng)濟效益、安全生產(chǎn)和社會效益都有重大意義。

平煤八礦選煤廠的1 000 t筒倉在使用中出現(xiàn)了煤炭掛壁、下料堵塞等問題，不僅需要定時停產(chǎn)疏通，而且疏通后，倉容下降一半以上，嚴重影響了公司的運營效率。從長遠考慮，需對筒倉進行改造處理，以期能徹底解決此類問題。

1 儲煤筒倉掛壁和堵塞的預(yù)防及處理

1.1 儲煤筒倉掛壁和堵塞的預(yù)防

針對國內(nèi)儲煤筒倉掛壁和堵塞問題，設(shè)計人員想通過采用特殊的倉體結(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材料，通過粘貼方式附著于筒倉錐底表面和整個或近底部分豎壁上，利用材料抗磨性強、吸水率低、摩擦系數(shù)小等特點來降低物料粘附、留存。在實際使用過程中，鑄石板和微晶板的優(yōu)點是強度高、耐磨性好、吸水率低、表面光滑；缺點是施工復(fù)雜，抗沖擊性能較差，容易碎裂和整體脫落。由于需要用有機膠泥將一塊塊的板材粘貼到筒倉內(nèi)壁上，對施工要求較高，如果某塊鑄石板(微晶板)因為粘貼不牢或受物料沖擊而破碎，其周圍的鑄石板(微晶板)也會逐步脫落，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。部分儲煤筒倉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

高分子板是有機物聚合而成的高分子量化合物，相對分子量越大，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、自潤滑、不吸水、耐腐蝕等特點[2]。

由于高分子板材表面非常光滑，無法用膠黏劑產(chǎn)品進行粘貼施工，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行錨固，也有部分項目采用射釘槍直接進行錨固。耐磨高分子板材有助于提高物料在煤倉中的流動性，并且有較強的耐磨性，影響推廣使用的主要因素是成本造價高、安裝難度大、脫落風(fēng)險大、有機板材易燃等問題。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，其尺寸變化達到2 mm/m，大面積使用時，很容易出現(xiàn)整體脫落的問題，因此在GB 50077-2017《鋼筋混凝土筒倉設(shè)計標(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煤筒倉的內(nèi)襯材料。

1.2 儲煤筒倉掛壁和堵塞的處理

1.2.1 空氣炮

空氣炮是指利用設(shè)備噴出高強壓縮氣體而瞬間產(chǎn)生釋放氣體膨脹沖擊波的強氣流裝置，使用時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)重力流動性[3]。

此方法是目前最常采用的疏通方法，對含水小、粘度低的物料效果較好，但其對粘度大、壓積密實的煤炭效果不太明顯，作用空間也相對較小，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、零配件維護維修頻繁等問題。

1.2.2 機械振動

在下煤口安裝振動電機或振動構(gòu)件，通過振動來恢復(fù)煤炭流動而破除拱倉、堵倉等問題。此方法對粘度低、含水低的煤炭有一定效果，對粘度大的反而會增加板結(jié)，使壓實情況更嚴重，另外振動機械故障率高，且易對筒倉壁造成破壞，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堵倉、掛壁位置進行清理，有時從筒倉下料口進行疏通，有時需要從筒倉頂部進行清理。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，國內(nèi)發(fā)生過多起因為筒倉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，往往需要定時停產(chǎn)進行疏通清理，導(dǎo)致工廠不能連續(xù)運轉(zhuǎn)，降低了運營效率。

2 儲煤筒倉掛壁和堵塞處理新方法

2.1 材料選擇

GB 50077—2017《鋼筋混凝土筒倉設(shè)計標(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，已經(jīng)使用過很長一段時間，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行改造施工，需要用高壓水對基面進行沖洗，待基層完全干燥后，才能進行粘貼施工，施工難度大、脫落風(fēng)險高，經(jīng)過多次研究，最終放棄了粘貼鑄石板或者微晶板這個方案。

經(jīng)過長時間的資料檢索和現(xiàn)場考察，決定采用一種新的材料和工藝對筒倉進行改造施工。平煤八礦和中國建筑科學(xué)研究院、北京固瑞恩科技有限公司合作，開發(fā)了一種憎水自潤滑型高強抗磨材料，這是一種高強的無機耐磨材料，并采用環(huán)氧樹脂和有機硅材料進行改性，使得該材料既具有無機材料的高強度、高耐久性、環(huán)保不燃等特性，又具備憎水性和自潤滑特點，能夠顯著改善物料在其表面的流動情況。該材料的28 d抗壓強度達到100 MPa以上，整體具有憎水性和自潤滑特點，即使表面出現(xiàn)了一定程度的磨損，也不會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，其主要性能指標(biāo)見表1。

表1 憎水自潤滑型抗磨料的主要物理性能指標(biāo)

憎水自潤滑型抗磨料具有強度高、耐磨性好、吸水率低、耐久性好等特點，現(xiàn)場加水?dāng)嚢韬笸磕ǖ酵矀}內(nèi)壁表面，同時通過植筋和設(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。

2.2 施工方法

2.2.1 基面處理

對筒倉內(nèi)部掛壁、堆積煤炭進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，并使基面充分潤濕；對有裂縫、大坑洞位置進行加固填補，表面進行甩漿拉毛。

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，應(yīng)一直鉆到混凝土基層；在筒倉內(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 憎水自潤滑高強抗磨料的施工

按照推薦的比例加水，采用機械攪拌，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

憎水自潤滑高強抗磨料表層施工完畢2 h左右，需要對抗磨料進行表面壓光處理，壓光處理后進行保濕養(yǎng)護，養(yǎng)護齡期可根據(jù)現(xiàn)場溫度進行實時調(diào)整，一般最短需養(yǎng)護3 d以上。

3 應(yīng)用效果分析

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

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