混凝土储煤筒仓的磨损及快速修复

混凝土储煤筒仓的磨损及快速修复

王富平1，朱连杰1，康宝明1，仲朝明2，陈田2，张洪亮2

乌海市路天矿业有限责任公司，内蒙古 乌海  016099

北京固瑞恩科技有限公司，北京  100010

摘要：混凝土储煤筒仓在使用过程中会出现筒体破坏、内壁混凝土磨损、钢筋裸露锈蚀以及煤炭挂壁堵仓等问题，而漏斗及斜壁位置的内壁磨损最为常见。为了降低漏斗及斜壁位置混凝土的磨损，通常会设置铸石板、微晶板、高分子板或金属板材等作为内衬抗磨层。但是在实际使用过程中，这些耐磨板材存在大量脱落的问题，导致内壁混凝土层出现磨损、露筋、承载力下降等问题。憎水自润滑高强抗磨料具有抗压强度高、抗冲击性好、吸水率低、憎水自润滑等优点，可以作为混凝土储煤仓内壁磨损的加固和修复材料，既可以对筒仓起到加固修复作用，也可以作为漏斗及斜壁的耐磨层使用，同时还能缓解储煤筒仓的挂壁、堵仓问题。

关键词：混凝土储煤筒仓；磨损；加固修复；挂壁堵仓；憎水自润滑高强抗磨料

1前言

煤炭筒仓在整个煤矿、选煤厂的生产运营体系中起着十分重要的作用，在大大提升生产效率、节省人力物力的同时，将散堆的方式改为封闭空间的高位束堆，既节省了占地面积又能有效的避免了煤粉、冲淋雨水等对周边环境的影响破坏。钢筋混凝土筒仓因其简单易造可靠性好而成为煤炭行业中最常采用的构造。随煤炭企业生产力或存储、中转设定量不同，各使用单位的筒仓数量、大小也不一样。

各种钢筋混凝土储煤筒仓在使用过程中，挂壁堵仓和混凝土磨损是最常见和难解决的问题。该问题一旦出现，对生产效益会产生极大影响，当不得不停产处理时，还会引发一些安全事故。国内发生过多起停产清仓时的人身伤害事故，造成了不可挽回的损失。此外，随着使用时间的增加，储煤筒仓还会出现筒体破损、内衬耐磨层磨损脱落、钢筋锈蚀断裂等情况，在筒仓漏斗、斜壁部位尤其明显，在结构安全上出现很大的隐患，情况严重时还会直接导致筒仓报废，造成巨大的经济损失。图1是混凝土筒仓内壁出现耐磨板材脱落、混凝土磨损、钢筋裸露及锈蚀等问题的典型工程照片。

图1 某储煤筒仓出现耐磨板材脱落、混凝土磨损、钢筋裸露及锈蚀问题

2储煤仓内壁磨损原因分析

2.1施工问题

钢筋混凝土强度、钢筋保护层厚度不满足设计要求、混凝土配制养护不合理等导致筒仓内壁磨损破坏加剧、钢筋腐蚀锈胀[1]。

有些筒仓混凝土浇注施工时把控不严，导致局部出现浇注不到位或浇注不实的情况，虽后期进行填补抹平但质量不行，甚至有的仅仅用其他材料简单填充就用砂浆抹平封盖，这导致在使用过程中此位置出现严重的磨损破坏，更严重的还会出现筒壁贯穿现象。

2.2煤炭的冲击磨损

在煤炭入仓和卸煤时，筒仓内部尤其是漏斗、斜面位置不断受到煤炭冲击碰撞、磨擦，混凝土表面不断承受压应力和拉应力的循环作用和冲击，这种周期性扰动引发微细裂纹等混凝土原生缺陷，最终引起混凝土表层的局部断裂和细骨料脱落，进而致使混凝土保护层破坏[2]。保护层裂纹和缺失致使钢筋裸露并腐蚀生锈，锈蚀又会加剧混凝土的破坏，时间长未发现处理的话甚至还会出现断筋、透壁情况。

2.3碳化及介质腐蚀

储煤筒仓投入生产使用后，含水煤炭中携带的硫、氯等有害物质会渗透进入混凝土内部，加速混凝土的碳化以及混凝土内部的钢筋锈蚀，钢筋的持续锈蚀又会对保护层混凝土造成膨胀破坏，此时外部的有害物质又可以加速浸入混凝土内部，由此导致了混凝土和钢筋的快速腐蚀破坏。

2.4冻融破坏

储煤筒仓内部储存的物料中的水分被混凝土吸收，而北方地区的很多储煤筒仓未设置保温层，这就造成了储煤筒仓内部混凝土的冻融破坏。同时冻融和磨损又相互促进，内表面经过冻融损伤的混凝土更容易被磨掉，而露出来的新混凝土又继续被冻融破坏，这样交替进行，导致了筒仓内壁混凝土的快速破损。

2.5煤的粘附结块

粉煤因含水导致粘性增加，更容易出现团聚结块和挂壁。不同的煤种，其团聚性不同，水分的增加会增大煤的团聚性。当煤的含水量（外在水分）达到8%时，有些设计不合理的原煤仓就开始出现堵煤，当煤的含水量达到10%时，堵煤比较严重，当煤的含水量达到12%时，堵煤就相当严重了[3]。张宗军的防煤仓堵塞方案研究中也提到了原煤水分在4%～12%时仓壁最容易发生粘煤现象，对于易粘仓的块煤和粉煤，当水分达到25%～30%时其粘结力更大[4]。

储煤仓随滞煤时间增加，因煤炭堆积自重和漏斗状结构使越接近出仓口的位置内部挤压力越大，更容易形成密实硬块粘附在仓壁或在出仓口附近形成出拱堵仓，粉煤量越多、含水越高时越明显。钢筋混凝土仓壁基面如果毛糙吸水、凹起孔洞大多等更利于粉煤的粘附、停挂。粉煤粘附导致了筒仓出料速度下降，严重时甚至完全堵死不再出料，此时往往需要采用机械振动、空气炮、人工疏通等方式进行清理，清理过程中对混凝土仓壁存在一定的冲击和磨损。

3储煤仓内壁磨损的预防方法

3.1铸石板、微晶板

铸石板和微晶板是一种无机板块状材料，施工时用有机胶泥粘贴在钢筋混凝土基面上，一般布于筒仓漏斗斜面面和近底或整个竖壁上，拼接成一个整体的内衬层。

铸石板和微晶板因本身具有较好的强度和抗磨性，吸水率低、表面光滑度较高，对筒仓耐磨和防堵具有较好的效果。但材料本身耐冲击性差，在使用过程中容易受到冲击而碎裂脱落。施工时需要以多块拼接的方式用胶泥粘贴到筒壁上，施工繁琐复杂，对基面平整度和干燥程度及施工技术要求较高。在使用中经常出现因粘附不好导致单块和成片脱落情况，同时混凝土、有机胶泥和铸石板（微晶板） 三体系的材质不同也会因热变形系数差异在反复温差下出现粘结失效而大面积脱落的情况。实际应用过程中，有些筒仓在使用1～2年后就出现了大片脱落情况。

3.2 高分子板

高分子板是指有机物聚合的高分子量化合物制成的板材，其组成相对分子量越大，材料的耐磨性、抗冲击性越好。目前常用的有尼龙和超高分子量聚乙烯等，材料本身不仅抗冲击、抗磨性好，又不吸水、耐腐蚀，同时表面光滑、具有自润滑性。作为内衬层，对筒仓的抗磨、抗冲击破坏和防堵防挂壁等方面效果都很好。

虽然使用高分子板具有很好的效果，但其与钢筋混凝土筒仓配套使用的劣势也比较明显：其一，价格高，不适合普遍采用；其二，因本身不吸水和特别光滑，板块安装需用膨胀螺栓或射钉锚固，施工难度较大且锚固点容易腐蚀锈化和磨损，导致板破损和脱落；其三，有机高分子板材的线性热膨胀系数是混凝土的20倍，每10℃的尺寸变化能达到2mm/m ，大面积使用时很容易出现松动脱落情况，其又属于易燃材料，因此部分国家标准不推荐该材料作为钢筋混凝土筒仓的内衬材料使用。

3.3普通型水泥基抗磨料

通过水泥和抗磨骨料等的复合配制形成具有抗磨特性的砂浆，施工到筒仓作为抗磨内衬料。此种方法施工简单、造价成本低，具有比原混凝土基体更好的强度和抗磨性能，同时又与筒体同材质，可无缝粘贴，整体施工成型，不存在局部或分层脱落的问题。但是普通水泥基抗材料与混凝土一样，存在易吸水的特点，这使得普通抗磨料对吸水粘附形成的挂壁、堵仓问题没有缓解作用。另外，普通抗磨料从施工完到可以投入生产使用至少需要28天的养护期，不太适合储煤筒仓的加固和修复工程。

3.4 振动器

在仓口或漏斗壁安装一些振动设备，通过强力振动来促使煤炭恢复流动以消除放料时的挂壁堵仓问题。这种方式在煤炭含水率较低的环境有一定的作用，在含水量高、粘度大的环境下不但起不到什么效果，还可能促进煤炭板结、密实度增加，使挂壁堵仓情况更加严重。另外，强力振动设备在安装和使用过程中容易对筒仓混凝土结构造成破坏，会危及筒仓的设计使用寿命和安全性。

3.5 空气炮

利用压缩空气产生的空气波作用于结拱或挂壁煤炭区域，破坏煤粉之间的黏附力使其恢复流动性，进而消除挂壁、堵仓问题。该方法对于一般性的挂壁和堵仓有一定的作用，但对粘结力大和密实板结的位置效果不明显，并且除自身系统设备易出现堵管、损坏的问题外，其有效作用区域范围较小，实际使用范围和场合受到限制。

3.6 人工清堵疏通

人工采用高压水枪、长杆等对挂壁、堵仓位置进行清理疏通，部分情况下还需要工人直接进入仓内手动清理。人工清理存在很大的安全隐患，操作不当或监控不到位极易出现人员伤亡事故，因清理筒仓造成人身伤亡的事件国内发生过多起。

4 憎水自润滑高强抗磨料的性能及应用

4.1 憎水自润滑高强抗磨料的性能 

憎水自润滑高强抗磨料是北京固瑞恩科技有限公司开发的一种新型耐磨内衬材料，它以高强水泥和环氧树脂为胶结材料，石英砂、金刚砂等高硬度材料为耐磨骨料，同时掺入抗裂纤维、减缩剂、消泡剂等添加剂，使得该材料既具有无机材料的高强度、高耐久性、环保不燃等特点，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，降低煤粉与耐磨材料之间的滑动摩擦系数，从而可以很好的缓解煤粉的挂壁和堵仓问题。该材料已经在国内多个储煤筒仓防堵改造中进行了试点应用，效果很好。

乌海市路天矿业有限责任公司与北京固瑞恩科技有限公司合作立项，根据路天矿精煤仓的具体情况对憎水自润滑高强抗磨料的配比进行调整，并进行现场模拟试验，使得该材料可以更好的用于路天矿精煤仓的改造施工中。经过调整后的憎水自润滑高强抗磨料，其抗压强度≥100MPa、耐磨损失量≤0.8 kg/m2、吸水率≤1%，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，这样就克服了一些硅烷类材料只能表面憎水的缺点。

4.2 憎水自润滑高强抗磨料的应用

乌海能源有限责任公司路天煤矿（以下简称路天矿）使用的混凝土精煤筒仓共有4个，筒仓直径为12米，高度18.9米，每个筒仓下方有4个放煤口，放煤口尺寸为1.0m×1.0m，放煤口处通过控制液压闸板来实现放煤装车，但在装车过程当中频繁出现煤仓堵仓的现象，严重影响路天矿的外运快速装车。

堵煤现象的存在，降低了生产效率，增加了安全生产风险。为了彻底解决精煤仓的蓬、堵问题，路天矿与北京固瑞恩科技有限公司合作，采用新型憎水自润滑高强抗磨内衬材料，对路天矿精煤仓进行蓬、堵改造。改造施工时，先用轻质材料将精煤仓下料斗的倾角增加到70°，然后在轻质材料表面施工4cm-5cm厚度的憎水自润滑型高强抗磨料。新设耐磨层通过植筋、绑扎钢筋网等方式，与筒仓原混凝土层牢固连接。

憎水自润滑高强抗磨料具有早强、高强的特点，施工后养护3天即可恢复生产，对煤矿的正常运营影响很小。目前路天矿已经完成了一个精煤仓的蓬、堵改造施工并投入了使用，初步观察使用效果很好，改造后的精煤仓基本不存在蓬、堵的问题。

5 结论

内壁磨损是钢筋混凝土储煤筒仓的常见问题，也是影响筒仓结构安全和使用寿命的重要原因。憎水自润滑高强抗磨料具有高强、抗冲击、防腐性能好、憎水自润滑、施工简单、养护期短等优点，一次施工可同时实现筒仓加固、耐磨层修复和缓解堵仓三种作用，相对于传统的耐磨或者修复材料，憎水自润滑高强抗磨料具有明显的技术优势。

参考文献

[1] 董恒 梁敏 水泥库病害成因分析及处理措施[J]. 建筑与装饰,2021(5):166

[2] 万宇 孙耿琴等 JY-M01高强抗磨料在储煤筒仓内衬抗磨层中的应用研究[J]. 煤炭工程,2009(7):48

[3] 杨洋 电厂锅炉原煤仓堵塞原因分析及治堵措施[J]. 电力安全技术,2012,14(4):14

[4] 张宗军等 防煤仓堵塞方案研究[J]. 西部探矿工程,2012(2):179