孫魁元，趙 亮，韓寶虎，劉 峰

（神華寶日希勒能源有限公司，內(nèi)蒙古 呼倫貝爾市 021025）

圓型儲煤筒倉是煤炭企業(yè)重要的儲煤構(gòu)件，多數(shù)為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，煤炭通過上倉帶式輸送機輸送至儲煤筒倉內(nèi)，煤倉內(nèi)的煤粒自上而下靠自重流動并通過倉下布置的給煤機給煤至下游帶式輸送機，實現(xiàn)倉內(nèi)存煤的供給。目前，國內(nèi)許多煤炭企業(yè)圓型儲煤筒倉經(jīng)常出現(xiàn)倉內(nèi)蓬煤、起拱現(xiàn)象，造成給煤機卸煤不暢，嚴(yán)重時發(fā)生潰倉事故，損壞設(shè)備甚至造成人身傷害。為解決圓型儲煤筒倉堵煤問題，國內(nèi)多數(shù)煤炭企業(yè)主要采用人工捅煤敲擊、倉體內(nèi)鋪設(shè)特種材料、安裝傳統(tǒng)的空氣炮等措施對倉內(nèi)堵煤進行清堵[1-2]，但是在實際使用中的效果并不理想。

1）人工清堵主要是工人手持鋼釬在卸煤口下方間斷的捅堵煤區(qū)域或用大錘敲擊倉壁，此方法的清堵難度系數(shù)大，增加職工的勞動強度高，且不能及時解決堵煤的發(fā)生，更重要的是清堵過程安全風(fēng)險突出，易造成人身傷害事故發(fā)生[3]。

2）在倉體內(nèi)鋪設(shè)高分子聚乙烯板、微晶板、鑄石板等特種材料，目的是為了降低倉內(nèi)存煤與倉體的摩擦系數(shù)進而減少堵煤情況發(fā)生，但是該方法的投入成本較高、施工難度大，且對黏度大、板結(jié)嚴(yán)重的煤種的清堵效果一般[4-5]。

3）在倉體外安裝空氣炮[6]進行清堵時必須是針對倉內(nèi)固定結(jié)拱區(qū)域才能發(fā)揮作用，但是倉內(nèi)結(jié)拱位置是變化的，如果當(dāng)空氣炮處于結(jié)拱位置上面時，則會造成堵煤越振越密，反而加劇了堵煤，同時空氣炮與倉體內(nèi)壁連接位置的擋板增加壁面的摩擦系數(shù)，反而增加堵煤的概率。

基于上述研究，結(jié)合神華寶日希勒能源有限公司儲裝中心生產(chǎn)系統(tǒng)現(xiàn)有的2 座鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)類型的圓型儲煤筒倉經(jīng)常發(fā)生堵煤的原因分析，在筒倉給煤機合理區(qū)域安裝了一種聲能疏通裝置，利用該裝置傳導(dǎo)出的不同頻率振動波動作用于倉內(nèi)堵煤層區(qū)域，實現(xiàn)對倉內(nèi)堵煤的顯著清堵。聲能疏通裝置應(yīng)用后，杜絕了以往堵煤造成的給煤不暢現(xiàn)象發(fā)生，提高了系統(tǒng)的生產(chǎn)運行效率，達(dá)到了科技保安、提質(zhì)增效的目的。

1 堵煤原因

神華寶日希勒能源有限公司儲裝中心的圓筒倉儲煤系統(tǒng)由2 座鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的圓型儲煤倉組成，每個圓筒倉的儲煤設(shè)計能力為8 000 t，外徑為22 m，高51 m。2 個圓筒倉倉上由2 條可逆帶式輸送機向倉內(nèi)供煤，倉下共有12 臺給煤機，主要負(fù)責(zé)煤炭倉儲以及為1#號裝車站供煤。在生產(chǎn)過程中發(fā)現(xiàn)，給煤機卸煤口上方2 m 區(qū)域經(jīng)常發(fā)生蓬煤、起拱現(xiàn)象，造成給煤機卸煤不暢，嚴(yán)重影響裝車速度。

1）圓筒倉儲備的為二級破碎后的煤炭，褐煤品質(zhì)，發(fā)熱量保持在（14 644～15 062）kJ/kg，全水分保持在33%～34%，灰分保持在13%～16%，全硫保持在0.2%～0.3%，煤炭粒度（三維尺寸）≤50 mm。由此可見，倉儲煤的灰分和全水分較大，導(dǎo)致煤的黏結(jié)性較大[7]，流動性較低，造成倉內(nèi)堵煤。

2）現(xiàn)有煤倉底部下料倉段的結(jié)構(gòu)為圓錐式結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致煤倉底部過煤的截面積由上至下逐漸變小，同時伴隨著筒倉儲煤過程，下部存煤區(qū)域煤粒的擠壓力會不斷增加，在煤粒自身重力和上部煤流擠壓力的作用下，煤粒之間、煤粒與倉壁之間的摩擦力也會不斷增加，導(dǎo)致煤倉底部煤的流動動力會越來越小，如果煤粒中含水量高，則會加劇煤粒之間的團聚性，給煤倉底部煤向下的流動增加了阻力，造成煤倉堵煤、起拱、貼壁的概率將大大增加，影響給煤機的給煤效率[8]。

2 聲能疏通系統(tǒng)

2.1 系統(tǒng)構(gòu)成及工作原理

1）聲能疏通系統(tǒng)主要由供氣管路（氣源）、截止閥、電磁閥、過濾器、穩(wěn)壓灌、壓力表、變頻泵、電機、排氣喇叭管、控制器、電纜等部件組成，聲能疏通裝置構(gòu)件示意圖如圖1。

圖1 聲能疏通裝置構(gòu)件示意圖

2）該系統(tǒng)配套的控制部分主要由電源、變頻器、可編程序控制器、寬帶頻率控制板、中間繼電器、交流接觸器及熱保護繼電器等元器件組成。其中：電源負(fù)責(zé)給整個系統(tǒng)提供供電電壓，并負(fù)責(zé)給控制柜操作面板上的操作按鈕及狀態(tài)顯示開關(guān)供電；變頻器采用西門子系列變頻器，輸入為單相220 V 交流電，輸出為三相220 V 交流電，用于控制聲波發(fā)生器上的電動機，通過調(diào)節(jié)變頻器的頻率來控制電機的轉(zhuǎn)速，達(dá)到調(diào)節(jié)聲源頻率的功能，以達(dá)到最佳的除灰效果；可編程序控制器采用西門子系列PLC[9]，用于控制整套設(shè)備的步進運行（啟、停、報警、復(fù)位、自動與手動的轉(zhuǎn)換、頻率設(shè)定等），和寬帶頻率控制板一起實現(xiàn)電壓和頻率的互相轉(zhuǎn)換；中間繼電器采用西門子系列中間繼電器，用于設(shè)備和可編程控制器的連接，主要用來控制電磁閥的啟停；交流接觸器及熱保護繼電器用于設(shè)備和可編程控制器的連接，交流接觸器用來控制聲波發(fā)生器上電機的啟停，每個交流接觸器都配有熱保護繼電器，當(dāng)運行過程中出現(xiàn)電流過大時，熱保護繼電器動作，使故障設(shè)備處于停運狀態(tài)，以防電動機被燒毀。

3）聲能疏通系統(tǒng)產(chǎn)生出的是一種氣體能量的傳遞波，利用其本身的“壓力波動特性（氣體脈沖）”對煤倉下料口的積煤表面層作用的一種振動波，由此激活積煤（堵料）自身固有的內(nèi)力，使其參與疏通工作，達(dá)到合力疏通的效果。該系統(tǒng)通過變頻泵產(chǎn)生高壓壓縮空氣，高壓壓縮空氣被輸入到圓筒倉內(nèi)后形成環(huán)繞波形的疏通能量場，當(dāng)調(diào)頻輸出的振動聲波與煤倉堵塞時所含煤量的跳動點一致時，積煤層產(chǎn)生松動，積煤顆粒發(fā)生移位、錯位，在自身重力及風(fēng)力等外力的作用下，脫離原來的位置，從而達(dá)到清堵的目的[10]。該系統(tǒng)配套的手控系統(tǒng)人性化可根據(jù)操作人員意愿進行操作，PLC 自動控制系統(tǒng)可同時監(jiān)控6 臺以內(nèi)設(shè)備運行，具有操作簡單、方便、易維護等優(yōu)點，能夠?qū)φ麄€系統(tǒng)的運行情況進行監(jiān)視和操作，二者結(jié)合在一起，從而形成性能優(yōu)異的系統(tǒng)。

2.2 安裝設(shè)計

在圓筒倉的各給煤機卸煤口上方2 m 區(qū)域的混凝土墻壁開鑿斜角圓孔，將聲能導(dǎo)管置于圓孔內(nèi)，并在管接法蘭盤與聲能導(dǎo)管的大法蘭中間加上能耐高溫的墊圈通過螺栓牢固連成一體，并保證聲能導(dǎo)管中心基本水平的情況下，把法蘭盤和主機與倉壁點焊好，確保連接牢固，密封嚴(yán)實、無泄漏。把聲能主機放置于支架上，通過調(diào)整聲能導(dǎo)管和支架，使聲能主機與聲能導(dǎo)管（已與倉壁通過管接法蘭連接）連接牢固；同時把管接法蘭滿焊在倉壁上。最后把支架與發(fā)生聲器和平臺分別固定牢固。從主管路分別引支管至每臺聲能主機上，每根支管均需配置1 個截止閥，并依圖安裝金屬軟管、電磁閥等附件。從控制柜分別引電纜至每臺設(shè)備執(zhí)行部件，其中電動機分配3 根線，電磁閥2 根線，剩余2 根做備用。聲能主機連接至壓縮空氣供氣系統(tǒng)，壓縮氣體通過聲能主機產(chǎn)生一種氣體能力波傳遞至倉內(nèi)，此時氣體脈沖將作用于倉內(nèi)煤層產(chǎn)生振動波，激活堵煤自身固有的內(nèi)力，最終實現(xiàn)堵煤疏通的功能。聲能疏通裝置現(xiàn)場安裝示意圖如圖2。

圖2 聲能疏通裝置現(xiàn)場安裝示意圖

3 聲能疏通系統(tǒng)特點及應(yīng)用效果

3.1 系統(tǒng)特點

聲能疏通裝置具有安全性能高、清堵效果好、功耗小等特點。它利用空氣壓力及其周期性波動能量作用于堵煤層區(qū)域產(chǎn)生物理作用（力學(xué)效應(yīng)等），對煤倉的貼壁、搭橋、結(jié)垢層及積灰產(chǎn)生疏松作用，將凝聚的堵煤顆粒產(chǎn)生間隙，顆粒發(fā)生移動錯位，使其只需在自身重力或風(fēng)力的作用下，脫離原來的位置，從而達(dá)到清堵、清灰的目的。其可廣泛用于煤礦具有爆炸性氣體環(huán)境中，對煤倉任何部位上的擁堵、結(jié)垢、貼壁都能進行徹底清除，不留死角，清堵效果好。有效解決了煤倉因堵塞產(chǎn)生的各種安全隱患以及影響生產(chǎn)等問題。

1）解決了因黏聚力大、流動性差的煤粉在煤倉內(nèi)出現(xiàn)起拱、搭橋、貼壁造成給煤機卸料困難等問題的發(fā)生。聲能疏通裝置的能量場范圍廣、頻率可無級調(diào)節(jié)，可實現(xiàn)大功率輸出，滿足煤倉不同堵煤狀態(tài)的疏通。該系統(tǒng)操作簡單，可實現(xiàn)一鍵式就地起動和遠(yuǎn)距離控制、自動化程度高、安全穩(wěn)定性好。

2）低頻聲能頻率范圍廣，通過變頻器驅(qū)動電機進行調(diào)頻，可調(diào)頻率大，最高可達(dá)到0～50 Hz，發(fā)聲效果高，可實現(xiàn)大功率輸出，能夠滿足正常情況下煤倉疏通的要求。

3）氣源可使用壓縮空氣、氮氣、蒸汽，氣壓一般在0.6 MPa，不可低于0.4 MPa，動力為0.75 kW 的三相電機，輸出氣源穩(wěn)，能量大，密封性好可適用于比較復(fù)雜的工作場所，且可滿足各種設(shè)備驅(qū)動要求。

4）運行費用低，每天平均運行1～3 次，每次平均運行5～10 min 即可，特殊情況可增加運行時間，且具備很強的繞射能力，最大優(yōu)勢是沒有死角。

3.2 應(yīng)用效果

聲能疏通裝置投入使用后，當(dāng)煤倉發(fā)生堵煤時，各給煤機口區(qū)域的聲能疏通裝置經(jīng)過依次分時運行，在10～20 min 內(nèi)即可將堵煤全部疏通。有效解決了煤倉蓬煤、堵煤問題，消除了以往人工清理堵煤的安全隱患、降低職工工作強度，避免煤倉潰倉等事故的發(fā)生，提高給煤機給煤輸出效率，達(dá)到了裝車站只能煤等車、不能車等煤的目標(biāo)，實現(xiàn)了科技保安。聲能疏通裝置具有自動控制程序，系統(tǒng)可實現(xiàn)自動清堵，響應(yīng)了機械化減人、自動化換人的目的。聲能疏通裝置的適用范圍廣，可適用推廣于溜槽、漏煤斗等區(qū)域的堵煤處理工作，有很廣泛的推廣價值。

4 結(jié)語

1）聲能疏通系統(tǒng)是傳統(tǒng)機械振打、蒸汽吹灰、傳統(tǒng)聲波震動、空氣乙炔炮、化學(xué)除垢等清灰除渣方式的理想替代產(chǎn)品，對類似圓型筒倉結(jié)構(gòu)的儲煤倉的煤炭清堵效果非常顯著。

2）目前所安裝的聲能聲能疏通裝置為第一代產(chǎn)品，在煤質(zhì)含水量相對較小的情況下可用較短的時間解決煤倉堵塞問題。但在煤質(zhì)含水量相對較高并存在一定煤泥的情況下，處理起來時間較長。因此針對該情況，需要通過增加聲場擴容裝置，把落煤口堵塞煤的著力點破壞，讓聲能量更好的灌輸?shù)秸麄€落煤口所堵塞的煤堆中，可以快速的清除堵塞。

3）未來將通過改造，實現(xiàn)自動捕捉煤倉落煤口落煤的情況，智能判斷煤倉是否堵塞，若判斷是堵塞或者半堵塞情況，控制單元自動啟動煤倉疏通裝置，并在每個頻段自動運行，當(dāng)發(fā)現(xiàn)在某一頻段，給煤機出現(xiàn)落煤情況后，固定在該頻段長時間運行，從而達(dá)到全智能疏通的效果。