衛(wèi)中寬

(中煤邯鄲設(shè)計(jì)工程有限責(zé)任公司，河北 邯鄲 056031)

為了更好的組織生產(chǎn)，緩解選煤廠與礦井生產(chǎn)及運(yùn)銷系統(tǒng)的不均衡性，設(shè)置一定容量的倉儲(chǔ)設(shè)施很有必要，煤炭洗選工程設(shè)計(jì)規(guī)范中要求“原料煤與產(chǎn)品煤儲(chǔ)量之和宜為3～7d設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力”，足顯其重要性。輸煤棧橋作為各個(gè)車間的連接紐帶，是選煤廠不可或缺的組成部分，被譽(yù)為選煤廠的“脈絡(luò)”。

選煤廠倉儲(chǔ)設(shè)施的發(fā)展依次經(jīng)歷了露天堆放、儲(chǔ)煤棚(條形料場(chǎng)及圓形料場(chǎng))、筒倉、薄殼球倉四個(gè)階段，輸煤棧橋的發(fā)展也同樣經(jīng)歷了磚混結(jié)構(gòu)棧橋、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)棧橋、鋼結(jié)構(gòu)棧橋、模塊棧橋四個(gè)階段。中煤邯鄲設(shè)計(jì)公司最先將薄殼球倉(以下簡稱球倉)和整體預(yù)應(yīng)力裝配式箱型帶式輸送機(jī)棧橋(以下簡稱模塊棧橋)兩項(xiàng)新技術(shù)在國內(nèi)成功應(yīng)用于工程實(shí)踐，并在煤炭行業(yè)推廣。

目前，采用球倉的工程有中天合創(chuàng)公司煤制烯烴項(xiàng)目、中煤鄂爾多斯能源化工公司項(xiàng)目、門客慶項(xiàng)目、梗陽項(xiàng)目以及大屯項(xiàng)目，采用模塊棧橋的工程有圖克大化肥項(xiàng)目、梗陽項(xiàng)目、延能化項(xiàng)目、昊源化工以及大屯項(xiàng)目。下面以球倉和模塊棧橋在葫蘆素選煤廠的具體應(yīng)用為例，對(duì)這兩項(xiàng)新技術(shù)進(jìn)行介紹。

1 一倉一橋的設(shè)計(jì)起因

1.1 球倉的引入

球倉屬于混凝土薄殼結(jié)構(gòu)的范疇?；炷帘そY(jié)構(gòu)[1]的強(qiáng)度和剛度主要是利用了其幾何形狀的合理性，以材料直接受壓來代替彎曲內(nèi)力，從而可以充分發(fā)揮材料的潛能[2-3]，以很小的厚度就可以承受相當(dāng)大的荷載，被工程界譽(yù)為用料最省、穩(wěn)定性最好和容積最大的一種結(jié)構(gòu)[4-5]。但因?yàn)槠淠０遒M(fèi)用比較昂貴、混凝土難于澆筑等原因，推廣速度較慢。直到20世紀(jì)70年代以后，隨著氣膜材料的發(fā)展完善和施工技術(shù)的日趨成熟，球形倉才得以廣泛應(yīng)用。

球倉即氣膜鋼筋混凝土薄殼球倉，于2011年由華北電力院和山西天舍索斯公司聯(lián)合引進(jìn)(源自美國DOME公司)，用于大唐清苑熱電廠，該廠2013年建成投產(chǎn)。球倉的引進(jìn)目的在于提高煤場(chǎng)體積利用率，縮小占地面積，提高煤場(chǎng)自動(dòng)化作業(yè)水平[6]。這項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用為煤炭行業(yè)在大容量倉儲(chǔ)設(shè)施的突破帶來了新的生機(jī)，2013年底，中煤邯鄲設(shè)計(jì)公司在設(shè)計(jì)葫蘆素選煤廠時(shí)，采用了這種倉儲(chǔ)形式，把氣膜鋼筋混凝土薄殼球倉第一次引入了國內(nèi)煤炭行業(yè)倉儲(chǔ)設(shè)施中，豐富了選煤廠煤倉形式選擇的種類。

1.2 模塊棧橋的由來

為了促進(jìn)建筑產(chǎn)業(yè)升級(jí)，國家正在大力推廣裝配式施工技術(shù)、綠色施工技術(shù)、建筑節(jié)能技術(shù)，模塊棧橋正是在這一大背景下引入中國的。

2011年2月借助澳大利亞“Ravensworth North”煤礦考察的機(jī)會(huì)，模塊棧橋進(jìn)入國人的視線，其蘊(yùn)藏的巨大潛力引起了煤炭行業(yè)建筑企業(yè)的高度重視。2014年9月，中煤建安集團(tuán)購買了兩節(jié)不同帶寬的模塊棧橋用于研發(fā)。2015年8月，中煤邯鄲設(shè)計(jì)公司在葫蘆素選煤廠至圖克大化肥項(xiàng)目的輸煤系統(tǒng)中按這種模塊棧橋設(shè)計(jì)，該項(xiàng)目是模塊棧橋在國內(nèi)輸煤系統(tǒng)的第一次應(yīng)用，其為一條帶寬1 400 mm的單機(jī)輸煤棧橋，2016年5月投入了使用。

2 球倉在葫蘆素選煤廠的應(yīng)用

2.1 項(xiàng)目概況

中天合創(chuàng)葫蘆素選煤廠設(shè)計(jì)能力為13.0 Mt/a，煤質(zhì)牌號(hào)為長焰煤和不粘煤，選煤工藝為150～13 mm塊煤淺槽分選工藝，精煤產(chǎn)品主要供應(yīng)中天合創(chuàng)公司煤制烯烴項(xiàng)目和中煤鄂爾多斯能源化工公司項(xiàng)目。

葫蘆素選煤廠原煤和產(chǎn)品均采用直徑(外徑)為54 m、高度(漏斗口至倉頂)為53.5 m、單倉儲(chǔ)量6萬t的球倉儲(chǔ)存，其中原煤倉1座，產(chǎn)品倉2座。球倉由球殼、環(huán)基、配套的廊道及帶式輸送機(jī)組成，上部結(jié)構(gòu)0～26.5 m高度范圍內(nèi)外表面為柱面，26.5～53.5 m高度范圍內(nèi)外表面為球面?；炷两孛婧穸葟南虏?00 mm逐漸縮小至300 mm，再由300 mm逐漸增加到頂部450 mm。倉頂采用單點(diǎn)卸料方式，倉下設(shè)有3條暗道，布置16個(gè)受煤漏斗，配有16臺(tái)給煤機(jī)。葫蘆素選煤廠的球倉于2015年底開始投入使用，一直未發(fā)生過堵煤、自燃等事故，運(yùn)行良好。

2.2 球倉施工過程

首先要按預(yù)定儲(chǔ)量的形狀制造氣膜，之后固定在環(huán)形的混凝土基礎(chǔ)上，然后進(jìn)行充氣，要進(jìn)出氣膜必須通過減壓前室和一道氣鎖式密閉門，以便保持氣膜內(nèi)的壓力，結(jié)構(gòu)的施工是在氣膜的里面完成[5]。

在氣膜固定和充氣之前，要先將吊車、鏟車、混凝土噴射泵等施工機(jī)械及鋼筋等封閉在氣膜內(nèi)，然后對(duì)氣膜充氣，在氣膜內(nèi)表面先噴一層膠，同時(shí)在膠表面噴聚氨酯泡沫隔熱層,并在泡沫層中植入定位鋼筋；按照一定的施工順序依次為構(gòu)造層和結(jié)構(gòu)層進(jìn)行噴涂混凝土[6]，當(dāng)結(jié)構(gòu)層的混凝土強(qiáng)度達(dá)標(biāo)后，即可除去薄膜內(nèi)的氣壓，之后繼續(xù)完成剩余結(jié)構(gòu)層的施工，最后再開孔洞。

2.3 球倉的特點(diǎn)

球倉剖面及截面示意如圖1所示，其特點(diǎn)如下：

(1)球倉儲(chǔ)量大。單倉儲(chǔ)量可達(dá)6萬t以上。

(2)球倉受力好。具有良好的抗震、抗風(fēng)壓性。

(3)外形美觀，自潔性能好。球倉可裝飾各種顏色[7-8]，建成后一般都成為標(biāo)志性建筑。

(4)保證施工工期。它集裝飾、保溫、模板、結(jié)構(gòu)于一體，節(jié)能環(huán)保無污染，適用于各種復(fù)雜氣候條件的地區(qū)，而且大量作業(yè)集中在室內(nèi)進(jìn)行[7]，有利于保證工期。

(5)造價(jià)低。國外資料顯示：對(duì)于球形結(jié)構(gòu)，氣壓支模法的造價(jià)只有普通支模法的1/8，而且省時(shí)、省力，施工速度快。最有意義的是伊拉克因地基承載力小，用這種方法建造的混凝土圓頂?shù)孛媸絺}庫，儲(chǔ)存每噸材料的造價(jià)比立式筒倉便宜一半[5]。

(6)倉內(nèi)無死區(qū)，不利于瓦斯聚集，安全性高。

圖1 球倉剖面及截面示意圖

3 模塊棧橋的應(yīng)用

3.1 項(xiàng)目概況

葫蘆素選煤廠的部分產(chǎn)品供給中煤鄂爾多斯能源化工公司(圖克大化肥項(xiàng)目)，作為原料煤及燃料煤使用，采用長距離帶式輸送機(jī)運(yùn)輸。輸煤棧橋由中煤邯鄲設(shè)計(jì)公司采用EPC模式建設(shè)，2015年8月開始設(shè)計(jì)，全長2.95 km，采用每段36 m的單機(jī)模塊棧橋，帶寬1 400 mm，運(yùn)量1 600 t/h。2015年11月開始安裝，2016年5月投入使用。

3.2 模塊棧橋的特點(diǎn)

模塊棧橋現(xiàn)場(chǎng)照片及安裝圖如圖2所示，其特點(diǎn)如下：

(1)模塊棧橋在結(jié)構(gòu)的表面覆蓋材料利用自身的剛度和強(qiáng)度對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)抵御外載荷的能力起到加強(qiáng)作用[9-10]，與傳統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)棧橋相比，每延米用鋼量降低了20%。

(2)模塊棧橋?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)開創(chuàng)了新途徑，它具有復(fù)制性和普遍性，不同項(xiàng)目可使用同一套圖紙(基礎(chǔ)圖除外)，有利于節(jié)約設(shè)計(jì)周期[11]。

(3)模塊棧橋的所有組成部分均在工廠加工制作，精度高，產(chǎn)品質(zhì)量有保障。車間內(nèi)除銹，防腐效果好，可有效延長棧橋的使用壽命[12]。另外，把施工現(xiàn)場(chǎng)大量的重復(fù)性工作轉(zhuǎn)移到工廠內(nèi)的自動(dòng)化生產(chǎn)線上完成，有效提高了勞動(dòng)效率。在現(xiàn)場(chǎng)只需完成拼裝工作，工期可大幅縮短。

圖2 模塊棧橋現(xiàn)場(chǎng)照片及安裝圖

4 注意事項(xiàng)及改進(jìn)措施

分析球倉和輸煤棧橋這兩項(xiàng)新技術(shù)在葫蘆素選煤廠的應(yīng)用，在以后的設(shè)計(jì)及施工過程中，下列事項(xiàng)應(yīng)予以特別關(guān)注：

(1)球倉上棧橋搭接空間高度的設(shè)定。由于球倉受到內(nèi)外壓強(qiáng)差的影響，球倉頂部會(huì)產(chǎn)生一定的位移，在設(shè)計(jì)時(shí)，帶式輸送機(jī)機(jī)頭層平面距離球倉頂部預(yù)留高度設(shè)為1 m比較合適，定位時(shí)應(yīng)以帶式輸送機(jī)機(jī)頭層標(biāo)高為準(zhǔn)。

(2)球倉施工時(shí)的注意事項(xiàng)。球倉的施工要制定完善的施工組織設(shè)計(jì)，監(jiān)測(cè)氣壓、溫度、濕度等，在吹膜后與噴膠前，要檢查膜表面是否有水膜，必要時(shí)需暖風(fēng)烘干。因?yàn)闃?gòu)造層的鋼筋為1 500 mm×1 500 mm的間隔，鋼筋直徑只有8 mm，構(gòu)造層厚約50 mm，結(jié)構(gòu)層尚未施工時(shí)構(gòu)造層單位面積受力較大，很容易脫落。為防止脫落，建議在噴構(gòu)造層時(shí)加入細(xì)絲網(wǎng)，且注意每次噴涂的厚度和高度。

(3)倉下出料設(shè)備的選擇。在條件的許可情況下，球倉下出料設(shè)備可選擇入口尺寸大、有利于減少漏斗數(shù)量、設(shè)備高度低的活化給煤機(jī)，可降低暗道高度，進(jìn)而降低土建投資，減少堵塞機(jī)率，消除煤倉自燃隱患。

(4)模塊棧橋除塵方面。模塊棧橋密閉性好，通風(fēng)口均在頂部，煤塵容易積聚，建議采用霧化除塵設(shè)備，可每隔一定距離設(shè)噴頭，煤塵將會(huì)得到有效控制。

(5)模塊棧橋油漆顏色的選擇。模塊棧橋采用全鋼結(jié)構(gòu)，受熱脹冷縮的影響比較明顯，設(shè)計(jì)時(shí)一定要考慮相應(yīng)的位移。為了將溫度對(duì)棧橋的結(jié)構(gòu)影響降至最低，設(shè)計(jì)建議采用單一顏色。

5 思考與展望

隨著膜材料的國產(chǎn)化及施工技術(shù)的成熟，球倉及模塊棧橋的總體造價(jià)必然會(huì)降低。這兩項(xiàng)新技術(shù)一定會(huì)在國內(nèi)擁有更廣泛的市場(chǎng)，并積極推動(dòng)倉儲(chǔ)設(shè)施和輸煤棧橋的發(fā)展，以此引發(fā)廣大設(shè)計(jì)人員的新思考：

(1)球倉和模塊棧橋設(shè)計(jì)技術(shù)的引入給我國選煤廠設(shè)計(jì)理念帶來了革新。我國正在經(jīng)歷經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型，人工成本會(huì)越來越高，高效化、智能化必將成為設(shè)計(jì)產(chǎn)品的主流，未來薄殼球倉和模塊棧橋會(huì)有廣闊的市場(chǎng)。

(2)球倉施工設(shè)備的研發(fā)。通過對(duì)球倉施工現(xiàn)場(chǎng)的觀察，為提高施工速度，中煤邯鄲設(shè)計(jì)公司擬開發(fā)新型球倉施工裝備，有望將現(xiàn)有的施工工期縮小一半。

(3)漏斗的預(yù)制。目前球倉下的漏斗采用鋼筋混凝土做成漏斗，內(nèi)部填料量大，材料成本高，為降低施工成本、提高施工速度，設(shè)計(jì)可采用預(yù)制混凝土漏斗的方式，按照漏斗模具在工廠加工好，運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)直接安裝，可大大提高施工進(jìn)度。

(4)模塊棧橋型譜系列化。為了便于推廣應(yīng)用，應(yīng)根據(jù)膠帶寬度及是否采暖，開發(fā)單機(jī)棧橋型譜、雙機(jī)棧橋型譜、三機(jī)棧橋型譜，形成系列化標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品。

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