钢筋混凝土储煤筒仓防堵技术的研究与应用

曾庆刚，马小强，井术伟，丁 一，万 宇

(1.平顶山天安煤业股份有限公司 八矿选煤厂，河南 平顶山 467000； 2.北京固瑞恩科技有限公司，北京 100010)

目前，国内大部分煤矿的筒仓在使用过程中都存在煤炭挂壁及下料堵塞情况[1]。产生这种情况的主要原因是储煤筒仓壁大多数为混凝土构成，而混凝土表面粗糙，吸水率较高，在煤炭储运过程中因粘附、堆积、挤压等易出现挂壁、下料堵塞等问题，尤其是含水率较高的粉末煤挂壁更为明显。物料的挂壁和堵仓轻则造成仓容下降，生产效率降低；重则导致停产停工，经济效益严重受损。此外，部分品种的煤长时间黏在仓壁上还存在自燃风险，对筒仓的结构安全构成威胁；清理筒仓积煤非常困难，人员伤亡也并不鲜见。因此，解决物料挂壁和堵仓问题，对企业经济效益、安全生产和社会效益都有重大意义。

平煤八矿选煤厂的1 000 t筒仓在使用中出现了煤炭挂壁、下料堵塞等问题，不仅需要定时停产疏通，而且疏通后，仓容下降一半以上，严重影响了公司的运营效率。从长远考虑，需对筒仓进行改造处理，以期能彻底解决此类问题。

1 储煤筒仓挂壁和堵塞的预防及处理

1.1 储煤筒仓挂壁和堵塞的预防

针对国内储煤筒仓挂壁和堵塞问题，设计人员想通过采用特殊的仓体结构来减轻这种问题，但是由于结构复杂、施工难度高，很难推广使用。目前普遍采用的方法还是在筒仓漏斗表面铺设铸石板、微晶板、耐磨高分子板等材料，起到缓解挂壁和堵仓的效果。

1.1.1 铸石板和微晶板

铸石板和微晶板为板块状无机材料，通过粘贴方式附着于筒仓锥底表面和整个或近底部分竖壁上，利用材料抗磨性强、吸水率低、摩擦系数小等特点来降低物料粘附、留存。在实际使用过程中，铸石板和微晶板的优点是强度高、耐磨性好、吸水率低、表面光滑；缺点是施工复杂，抗冲击性能较差，容易碎裂和整体脱落。由于需要用有机胶泥将一块块的板材粘贴到筒仓内壁上，对施工要求较高，如果某块铸石板(微晶板)因为粘贴不牢或受物料冲击而破碎，其周围的铸石板(微晶板)也会逐步脱落，导致局部大面积脱落。此外，由于混凝土基材、有机胶黏剂和铸石板(微晶板)分属不同种类的材料，其热变形系数相差较大，在反复温差作用下，容易出现粘结失效问题。部分储煤筒仓在投入使用两三年后，内壁铸石板(微晶板)就出现了大面积脱落。

1.1.2 耐磨高分子板材

高分子板是有机物聚合而成的高分子量化合物，相对分子量越大，耐磨、抗冲击性能越好。目前常用的耐磨高分子板材有尼龙板和超高分子量聚乙烯板等，具有抗冲击、耐磨性能优异、摩擦系数小、自润滑、不吸水、耐腐蚀等特点[2]。

由于高分子板材表面非常光滑，无法用胶黏剂产品进行粘贴施工，通常是在高分子板材上预留锚固孔，然后沉头膨胀螺栓进行锚固，也有部分项目采用射钉枪直接进行锚固。耐磨高分子板材有助于提高物料在煤仓中的流动性，并且有较强的耐磨性，影响推广使用的主要因素是成本造价高、安装难度大、脱落风险大、有机板材易燃等问题。其中最主要的问题是高分子板材的线性热膨胀系数是混凝土基材的20倍左右，当温度变化10 ℃时，其尺寸变化达到2 mm/m，大面积使用时，很容易出现整体脱落的问题，因此在GB 50077-2017《钢筋混凝土筒仓设计标准》6.6.4中明确提出不建议采用此类高分子板材作为储煤筒仓的内衬材料。

1.2 储煤筒仓挂壁和堵塞的处理

1.2.1 空气炮

空气炮是指利用设备喷出高强压缩气体而瞬间产生释放气体膨胀冲击波的强气流装置，使用时瞬间释放的压缩气体以超过音速的速度直接冲入贮存物料的粘聚和堆积区，通过释放压缩气体的膨胀冲击波来推动物料以克服其之间的静摩擦和粘阻，使容器内的物料恢复重力流动性[3]。

此方法是目前最常采用的疏通方法，对含水小、粘度低的物料效果较好，但其对粘度大、压积密实的煤炭效果不太明显，作用空间也相对较小，使用中也常存在气源管路和喷嘴容易堵塞或漏气、管路积水、零配件维护维修频繁等问题。

1.2.2 机械振动

在下煤口安装振动电机或振动构件，通过振动来恢复煤炭流动而破除拱仓、堵仓等问题。此方法对粘度低、含水低的煤炭有一定效果，对粘度大的反而会增加板结，使压实情况更严重，另外振动机械故障率高，且易对筒仓壁造成破坏，引发安全隐患。

1.2.3 人工疏通

人工疏通是指工人用工具对堵仓、挂壁位置进行清理，有时从筒仓下料口进行疏通，有时需要从筒仓顶部进行清理。人工疏通效率较低，而且清理人员的人身安全受到一定威胁，国内发生过多起因为筒仓清煤而造成人员死伤的事故。

以上处理方式虽多，但是并未从根本上解决问题，往往需要定时停产进行疏通清理，导致工厂不能连续运转，降低了运营效率。

2 储煤筒仓挂壁和堵塞处理新方法

2.1 材料选择

GB 50077—2017《钢筋混凝土筒仓设计标准》中明确提出，不建议采用高分子板材作为内衬材料，标准中还规定，如果采用铸石板或者微晶板，必须采用可靠的粘接材料，并且要粘贴平整，粘贴后的筒仓内衬其表面平整度应控制在0.3 mm以内。平煤八矿此次需要改造的钢筋混凝土筒仓，已经使用过很长一段时间，其内衬混凝土表面坑洼不平，并且布满了煤泥等杂质，如果采用铸石板或者微晶板进行改造施工，需要用高压水对基面进行冲洗，待基层完全干燥后，才能进行粘贴施工，施工难度大、脱落风险高，经过多次研究，最终放弃了粘贴铸石板或者微晶板这个方案。

经过长时间的资料检索和现场考察，决定采用一种新的材料和工艺对筒仓进行改造施工。平煤八矿和中国建筑科学研究院、北京固瑞恩科技有限公司合作，开发了一种憎水自润滑型高强抗磨材料，这是一种高强的无机耐磨材料，并采用环氧树脂和有机硅材料进行改性，使得该材料既具有无机材料的高强度、高耐久性、环保不燃等特性，又具备憎水性和自润滑特点，能够显著改善物料在其表面的流动情况。该材料的28 d抗压强度达到100 MPa以上，整体具有憎水性和自润滑特点，即使表面出现了一定程度的磨损，也不会影响材料的整体憎水性能，从而克服了一些涂层材料只能表面防水的缺点，其主要性能指标见表1。

表1 憎水自润滑型抗磨料的主要物理性能指标

憎水自润滑型抗磨料具有强度高、耐磨性好、吸水率低、耐久性好等特点，现场加水搅拌后涂抹到筒仓内壁表面，同时通过植筋和设置钢筋网，与基层牢固结合在一起，不存在脱落的风险。

2.2 施工方法

2.2.1 基面处理

对筒仓内部挂壁、堆积煤炭进行清理后拆除高分子板，露出混凝土基面；用水冲洗干净混凝土基面上的积灰、浮尘，并使基面充分润湿；对有裂缝、大坑洞位置进行加固填补，表面进行甩浆拉毛。

2.2.2 堆积角处理

受磨损等各种因素影响，原筒仓漏斗斜壁堆积角的坡度已经不到60°，为了少增加荷载，采用轻质砂浆材料先将堆积角改成65°，再进行表面抗磨料的施工，堆积角改造示意如图1所示。

图1 筒仓堆积角改造示意

2.2.3 植筋、铺设钢筋网片

植筋采用φ8钢筋，植筋间距为300 mm，植筋钻孔时，应一直钻到混凝土基层；在筒仓内壁基面以上20～30 mm处绑扎钢筋网片，钢筋网片采用φ6圆钢，钢筋间距约为300mm×300mm。

2.2.4 憎水自润滑高强抗磨料的施工

按照推荐的比例加水，采用机械搅拌，并涂抹到基层表面，施工前基层应均匀涂刷混凝土界面处理剂。施工总厚度为50 mm，分3次涂抹，每次中间间隔2 h左右，搅拌后的材料应该在30 min内用完。

2.2.5 压光和养护

憎水自润滑高强抗磨料表层施工完毕2 h左右，需要对抗磨料进行表面压光处理，压光处理后进行保湿养护，养护龄期可根据现场温度进行实时调整，一般最短需养护3 d以上。

3 应用效果分析

平煤八矿选煤厂筒仓改造施工后，经过近半年的实际使用，与改造前相比，筒仓的仓容提高了30%以上，并且未再出现因堵仓而中断运营的情况，取得了比较好的改造效果。

这一案例表明，憎水自润滑型抗磨材料在储煤筒仓特粘物料的防堵改造中，是一种比较合适的材料，后期将对其使用耐久性能进行持续监测。