劉錫同

（山東興楊礦業(yè)有限責(zé)任公司，山東 肥城271601）

0 概述

隨著生產(chǎn)集中化程度的提高，井下煤倉(cāng)對(duì)調(diào)節(jié)井下生產(chǎn)起著越來(lái)越重要的作用，它一旦發(fā)生故障就會(huì)造成部分生產(chǎn)環(huán)節(jié)失控甚至全礦井生產(chǎn)的中斷。結(jié)合肥城礦區(qū)下組煤生產(chǎn)，針對(duì)原煤中粉煤和末煤外在水分增多及粘結(jié)性增強(qiáng)，易造成倉(cāng)內(nèi)結(jié)拱堵塞事故的實(shí)際情況，我們對(duì)煤倉(cāng)漏斗進(jìn)行了設(shè)計(jì)探討，并進(jìn)行了實(shí)際應(yīng)用，取得了較好效果。

1 煤倉(cāng)堵塞機(jī)理

煤倉(cāng)堵塞受內(nèi)、外因素綜合影響。內(nèi)因主要指煤的物理機(jī)械性質(zhì)，如煤的品種、顆粒、水分和強(qiáng)度等，其中起決定作用的是煤的粒度組成，粒度組成不同，煤在倉(cāng)內(nèi)的壓實(shí)度就不同，需要的漏斗斷面及尺寸也不相同；外因指?jìng)}體功能設(shè)計(jì)因素，如倉(cāng)體、漏斗的斷面形狀和尺寸、漏口的數(shù)目及傾角、倉(cāng)體儲(chǔ)煤的高度，煤倉(cāng)四壁的光滑程度、卸載方式、儲(chǔ)存時(shí)間對(duì)倉(cāng)體煤的壓實(shí)程度等。其中重要的因素是漏斗的斷面形狀、尺寸和倉(cāng)體煤的壓實(shí)度。通常，煤倉(cāng)堵塞的內(nèi)因相對(duì)穩(wěn)定，因而外因就成了解決煤倉(cāng)堵塞頑癥的突破口。肥城局井下煤倉(cāng)多以錐形直線漏斗為主，對(duì)流動(dòng)性好的煤炭不易造成堵塞，但對(duì)流動(dòng)性差的煤粉或末粉易造成結(jié)拱堵塞，因此，煤倉(cāng)設(shè)計(jì)時(shí)必須著重考慮煤倉(cāng)漏斗的結(jié)構(gòu)形式和設(shè)計(jì)參數(shù)，優(yōu)選出防堵方案。

2 煤倉(cāng)漏斗結(jié)構(gòu)形式的選擇

正確選擇煤倉(cāng)漏斗的結(jié)構(gòu)，合理確定漏斗的斷面形狀和尺寸，是解決煤倉(cāng)漏斗堵塞事故的主要措施。

2.1 漏斗橫斷面

最常用的煤倉(cāng)漏斗橫斷面有方形、長(zhǎng)方形和圓形，前兩種煤倉(cāng)漏斗四角及倉(cāng)壁交界處易掛細(xì)煤，影響倉(cāng)內(nèi)煤的流動(dòng)，但施工簡(jiǎn)單；而圓形煤倉(cāng)漏斗有利于煤的流動(dòng)，不掛煤，通過(guò)能力大，但施工困難。

2.2 漏斗縱斷面

煤倉(cāng)漏斗流動(dòng)的縱斷面有錐形直線漏斗和錐形曲線漏斗。前者結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，施工方便，對(duì)于流動(dòng)性較好的煤來(lái)說(shuō)，使用效果尚好； 對(duì)于儲(chǔ)存和排放具有一定水分和粘結(jié)性的粉煤，錐形直線漏斗經(jīng)常容易造成堵塞現(xiàn)象，特別是原煤中粉煤和水分達(dá)到一定比例時(shí)，堵塞問(wèn)題更為突出。而錐形曲線漏斗則可以有效地解決這個(gè)問(wèn)題，使水分和粘結(jié)性強(qiáng)的煤炭順利排放。究其原因，主要表現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：

（1）橫斷面的相對(duì)變化。錐形直線漏斗截面積收縮率沿煤流動(dòng)的方向向下迅速加大。截面積收縮率的迅速加大，使煤炭顆粒相對(duì)移動(dòng)和重新排列，造成煤炭顆粒之間產(chǎn)生摩擦阻力，并消耗能量，因而截面積收縮率越大，摩擦阻就越大。錐形曲線漏斗的截面積收縮率基本為一定值，稱為等截面收縮率。由于錐形曲線漏斗的截面積收縮率比錐形直線漏斗小得多，呈等截面收縮率或近似等截面收縮率，摩擦阻力比直線漏斗可有較大幅度降低。

（2）漏斗倉(cāng)壁摩擦因數(shù)的相對(duì)變化。煤與倉(cāng)壁之間的摩擦阻力取決于摩擦因數(shù)〔η（U/A）〕的值。對(duì)于直線漏斗煤倉(cāng)，因倉(cāng)壁的傾斜率不變，因而是常數(shù)，所以摩擦因數(shù)因斷面的縮小而增加，即煤與倉(cāng)壁的摩擦力隨漏斗橫斷面的縮小而加大。此外，由于漏斗下部阻力加大，而上部阻力減小，因而上部煤便對(duì)下部煤施加了附加阻力，附加阻力的加大，煤易在倉(cāng)體內(nèi)發(fā)生結(jié)拱堵塞。而對(duì)曲線漏斗因倉(cāng)壁的坡度逐漸增加，摩擦因數(shù)的值比錐形直線漏斗小，所以摩擦阻力也小。由此可見(jiàn)，錐形曲線漏斗對(duì)煤倉(cāng)內(nèi)煤的流動(dòng)狀態(tài)、防止煤倉(cāng)堵塞起著重要作用研究表明，錐形曲線漏斗的摩擦阻力為錐形直線漏斗的65%左右，減少了1/3，因此，對(duì)于含水分較大、有粘結(jié)性的粉煤，宜采用錐形曲線漏斗結(jié)構(gòu)。

3 圓錐曲線漏斗參數(shù)計(jì)算

3.1 煤倉(cāng)漏斗高度的計(jì)算

式中：a0—起始角度，一般取50～55°；

D—漏斗上口直徑,m；

D1—漏斗下口直徑,m；

h—漏斗高度,m.

若設(shè)計(jì)煤倉(cāng)D=5m，D1=0.8m，起始角a0=55°（應(yīng)大于煤的自然安息角），則h=D/2×tga0lnD/D1=6.543m.

3.2 漏斗曲線方程的計(jì)算

若將漏斗高度h 分為7 段，每段0.935m，由公式：

分別計(jì)算出漏斗相應(yīng)高度y 時(shí)的圓半徑x 值，繪出曲線煤倉(cāng)漏斗剖面圖，見(jiàn)圖1。

圖1 曲線煤倉(cāng)漏斗剖面圖

4 應(yīng)用效果分析

結(jié)合肥城礦區(qū)下組煤外在水分增多和粘結(jié)性增強(qiáng)的實(shí)際，在集團(tuán)公司礦區(qū)內(nèi)進(jìn)行了圓錐曲線漏斗煤倉(cāng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用實(shí)踐，對(duì)于粉煤和水分較高末煤的使用效果很好，大大降低了煤倉(cāng)堵塞事故。據(jù)統(tǒng)計(jì)，使用圓錐曲線漏斗煤倉(cāng)后的堵塞事故發(fā)生率比以往使用錐形直線漏斗煤倉(cāng)降低了80%以上；同時(shí)，該設(shè)計(jì)形式也大大降低了煤倉(cāng)的磨損程度，提高了煤倉(cāng)的服務(wù)年限，節(jié)約了煤倉(cāng)的維檢費(fèi)用和事故處理費(fèi)，減少了因疏通煤倉(cāng)帶來(lái)得不安全隱患，取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。所以圓錐曲線漏斗煤倉(cāng)是防止煤倉(cāng)發(fā)生結(jié)拱堵塞事故的好途徑。