摘要：钢筋混凝土储煤筒仓在使用过程中出现挂壁和堵仓问题，是困扰煤炭行业的一个普遍性问题。挂壁和堵仓问题的出现主要和煤的物化性能及筒仓结构有关，煤的品种、细度、含水量、黏结性、储存时间，以及筒仓下料漏斗的开口尺寸、下料漏斗倾角、内壁耐磨层材料等都是筒仓挂壁和堵仓的影响因素。目前储煤筒仓挂壁和堵仓的常用处理办法包括设置新型耐磨内衬材料、改变筒仓下料斗形状、设置、人工清理等。 关键词：储煤筒仓；挂壁；堵仓；处理办法
1前言
随着国内环保压力的不断增大，煤炭的露天堆存已经很少，大部分煤炭都需要进入封闭的储煤筒仓中进行储存或中专。储煤筒仓在整个煤矿、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。 目前国内大部分煤矿企业的钢筋混凝土储煤筒仓在使用过程中都存在煤炭挂壁及堵仓的情况[
1]，尤其是含水率较高的粉末煤更为明显。物料的挂壁和堵仓问题，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会发生自燃问题，对筒仓的结构安全构成威胁；筒仓的积煤清理非常困难，人员伤亡也并不鲜见。因此，解决物料的挂壁和堵仓问题，对企业的经济效益、安全生产和社会效益都有重大意义。
2 挂壁和堵仓原因分析
2.1 煤粉含水量的影响负重效应
煤粉的含水量对粉煤的流动性能有很大的影响，尤其是对于比较细的精煤来说，含水量的影响更为明显。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挂壁问题；当煤的含水量达到10%时，挂壁、堵仓问题比较严重；当煤的含水量达到12%时，堵煤就相当严重了[2]。张宗军在煤仓防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[3]。
清华大学的W.Wang等人[4]采用由底面休止角测试和定底面休止角测试方法对不同含水率的煤粉进行了流动性能测试，测试方法如图1所示。样品分为无水（含水量为0）、低水（含水量＜5%）和高水（含水量＞5%），两种试验方法的结果都显示，粉末的休止角随着含水量的增加而增大，说明在试验的含水量范围内，煤粉的流动性能与含水量成反比。
图1 （a）自由底面休止角测试示意图 （b）定底面休止角测试示意图
太原理工大学的姚力[5]对不同含水量的府谷烟煤进行了休止角测试，实验照片如图2所示。结果显示当全水含量从3.81%增加到增加到10.55%时，煤粉的休止角从44.59°线性增加到了50.77°，同样表明了煤粉流动性与全水含量的反比关系。
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通常认为，水份在煤粉颗粒中的存在形式主要有三种，分别是吸附水、薄膜水以及毛细管水。当水分与煤粉混合时，其中有一部分水被煤粉的毛细孔吸收进入煤粉的内部空间成为毛细管水，剩余的水分主要是吸附水和薄膜水。吸附水是因为分子间作用力使得水分子吸附在煤粉颗粒表面，它能够导致煤粉颗粒之间形成液桥，而毛细管水的表面张力有收缩作用，使粉体间形成负压，二者的共同作用导致了煤粉颗粒的团聚，使煤粉的流动性变差。随着水份的增加，吸附水增多，形成更多的液桥，毛细管水形成的负压增大，团聚严重，煤粉流动性随着水份的增高而变差。当水份增大到使毛细管饱和时，达到了临界水含量。此时，煤粉的内部毛细管己经饱和，毛细管力己经达到最大值，水份开始在煤粉颗粒表面聚集，吸附水和薄膜水的作用更为显著，多个小颗粒煤粉团聚在一起，形成较大的颗粒，较大的颗粒可能还会与其它煤粉颗粒继续团聚，最终形成不易分散的黏聚态。
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图2 不同含水量的府谷烟煤的休止角测试
2.2 煤粉细度的影响
漂流瓶的故事清华大学的W.Wang等人[4]采用定底面休止角测试方法对不同细度的煤粉进行了流动性能测试，试验结果如图3所示，从图中可以看出，在相同水分含量的前提下，煤粉的粒径越大休止角越小，表明煤粉的流动性能越好。
图3 细度和水分含量对煤粉休止角的影响
安徽理工大学的沈宏武[6]对不同粒径的采用多种方法对粉煤的流动性进行了测试，不同的测试方法都表明，随着粒径的减小，煤粉的流动性变差。沈宏武分析了该现象的原因，因为大粒径粉体分布较为分散，存在各种不同粒度范围的颗粒，重力作用影响较大。同时，在大颗粒中，颗粒接近三维的构造，更显得立体，也使得大颗粒相对于小颗粒拥有更佳的流动特性。
2.3 筒仓结构的影响
筒仓下料漏斗的倾角是指漏斗斜壁与水平面的夹角，如图4所示，∠α即为筒仓下料斗倾角。下料斗倾角对粉煤流动性能有显著的影响，Jenike[7]的研究表明：其它条件给定，随着倾角α的增加，粉体流动型态逐渐从中心流变化到整体流，流动行为得到改善。倾角越大，煤粉下料流率越大。煤仓卸料口尺寸越小，煤仓底部结拱越严重。当卸料口增大，仓内煤粉流动型态有从中心流向整体流转变的趋势。
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图4 筒仓下料漏斗倾角示意图
陈长冰[8]的研究表明，传统锥型煤仓下料不畅的重要原因之一为煤粉流通截面积收缩率沿下料方向剧增大。若将煤粉仓建成双曲线型的结构，保证截面积收缩率为常值，可显著改善粉体宏观流动行为。双曲线煤仓的加工难度和制造成本明显高于传统煤仓。
3 挂壁和堵仓的解决办法
3.1 采用新型耐磨内衬材料
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。李俊宇[9]将超高分子量聚乙烯耐磨衬板铺设在储煤筒仓下料斗斜壁，将潞安集团郭庄煤矿的煤仓利用率由74.7% 提高到了90%，避免了因堵仓造成的生产中断和堵仓事故。统括保单
憎水自润滑型高强抗磨材料，是北京固瑞恩科技有限公司开发的一种高强的无机耐磨材料，
采用环氧树脂和有机硅材料对普通水泥基耐磨料进行改性，使得该材料既具有无机材料的高强度、高耐久性、环保不燃，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天抗压强度达到100MPa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，这样就克服了一些表面涂层材料只能表面防水的缺点。曾庆刚[10]等人利用憎水自润滑型抗磨料对平煤八矿选煤厂的精煤仓进行了改造，使得筒仓仓容提高了30%，挂壁和堵仓问题得到了很好的解决。
3.2 采用双曲线漏斗
刘琳[11]在研究漏斗漏煤原理时认为，由于漏斗的横截面的收缩变化，煤粒在漏斗内的流动过程中迫使煤粒之间互相错动、重新排列，煤与煤之间的流动阻力增大，这是影响贮煤流动、产生堵煤现象的一个不可忽略的原因。而双曲线漏斗的截面收缩率是恒定的，因此采用双曲线漏斗时，煤粒的流动速度不会发生改变，从而可以避免或者缓解挂壁和堵仓问题。
曹亮[12]在胜利一号露天煤矿至胜利发电厂输煤系统中大直径混凝土储煤仓进行了双曲线
的漏斗设计，并针对胜利一号露天煤矿褐煤的特性及电厂内输煤系统的工艺布置，结合项目现场实际情况，对漏斗的曲线进行了优化。工程应用结果表明，采用优化设计的双曲线漏斗，粉煤卸载通畅，同时又节省大量填料，具有很大的经济效益。
3.3 采用外力疏通
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，这是外力疏通的一种。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。
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，也是一种常用的外力疏通方法。徐江美[13]等人在辽宁大兴煤矿设置了一种装置，利用压缩空气突然释放产生的气流对堵塞的煤形成冲击和震动，使堵塞的煤疏松下落，取得了很好的效果。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。
人工采用高压水、长杆等对挂壁、堵仓位置进行清理疏通，部分情况下工人直接进入仓内手动清理，这也是外力疏通的一种。但是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。
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