煤倉堵塞機理分析與雙曲線圓錐漏斗煤倉設計

劉錫同

（山東興楊礦業有限責任公司，山東 肥城271601）

0 概述

隨著生產集中化程度的提高，井下煤倉對調節井下生產起著越來越重要的作用，它一旦發生故障就會造成部分生產環節失控甚至全礦井生產的中斷。結合肥城礦區下組煤生產，針對原煤中粉煤和末煤外在水分增多及粘結性增強，易造成倉內結拱堵塞事故的實際情況，我們對煤倉漏斗進行了設計探討，并進行了實際應用，取得了較好效果。

1 煤倉堵塞機理

煤倉堵塞受內、外因素綜合影響。內因主要指煤的物理機械性質，如煤的品種、顆粒、水分和強度等，其中起決定作用的是煤的粒度組成，粒度組成不同，煤在倉內的壓實度就不同，需要的漏斗斷面及尺寸也不相同；外因指倉體功能設計因素，如倉體、漏斗的斷面形狀和尺寸、漏口的數目及傾角、倉體儲煤的高度，煤倉四壁的光滑程度、卸載方式、儲存時間對倉體煤的壓實程度等。其中重要的因素是漏斗的斷面形狀、尺寸和倉體煤的壓實度。通常，煤倉堵塞的內因相對穩定，因而外因就成了解決煤倉堵塞頑癥的突破口。肥城局井下煤倉多以錐形直線漏斗為主，對流動性好的煤炭不易造成堵塞，但對流動性差的煤粉或末粉易造成結拱堵塞，因此，煤倉設計時必須著重考慮煤倉漏斗的結構形式和設計參數，優選出防堵方案。

2 煤倉漏斗結構形式的選擇

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

2.1 漏斗橫斷面

最常用的煤倉漏斗橫斷面有方形、長方形和圓形，前兩種煤倉漏斗四角及倉壁交界處易掛細煤，影響倉內煤的流動，但施工簡單；而圓形煤倉漏斗有利于煤的流動，不掛煤，通過能力大，但施工困難。

2.2 漏斗縱斷面

煤倉漏斗流動的縱斷面有錐形直線漏斗和錐形曲線漏斗。前者結構簡單，施工方便，對于流動性較好的煤來說，使用效果尚好； 對于儲存和排放具有一定水分和粘結性的粉煤，錐形直線漏斗經常容易造成堵塞現象，特別是原煤中粉煤和水分達到一定比例時，堵塞問題更為突出。而錐形曲線漏斗則可以有效地解決這個問題，使水分和粘結性強的煤炭順利排放。究其原因，主要表現在以下兩個方面：

（1）橫斷面的相對變化。錐形直線漏斗截面積收縮率沿煤流動的方向向下迅速加大。截面積收縮率的迅速加大，使煤炭顆粒相對移動和重新排列，造成煤炭顆粒之間產生摩擦阻力，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）漏斗倉壁摩擦因數的相對變化。煤與倉壁之間的摩擦阻力取決于摩擦因數〔η（U/A）〕的值。對于直線漏斗煤倉，因倉壁的傾斜率不變，因而是常數，所以摩擦因數因斷面的縮小而增加，即煤與倉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，因而上部煤便對下部煤施加了附加阻力，附加阻力的加大，煤易在倉體內發生結拱堵塞。而對曲線漏斗因倉壁的坡度逐漸增加，摩擦因數的值比錐形直線漏斗小，所以摩擦阻力也小。由此可見，錐形曲線漏斗對煤倉內煤的流動狀態、防止煤倉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，對于含水分較大、有粘結性的粉煤，宜采用錐形曲線漏斗結構。

3 圓錐曲線漏斗參數計算

3.1 煤倉漏斗高度的計算

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.

若設計煤倉D=5m，D1=0.8m，起始角a0=55°（應大于煤的自然安息角），則h=D/2×tga0lnD/D1=6.543m.

3.2 漏斗曲線方程的計算

若將漏斗高度h 分為7 段，每段0.935m，由公式：

分別計算出漏斗相應高度y 時的圓半徑x 值，繪出曲線煤倉漏斗剖面圖，見圖1。

圖1 曲線煤倉漏斗剖面圖

4 應用效果分析

結合肥城礦區下組煤外在水分增多和粘結性增強的實際，在集團公司礦區內進行了圓錐曲線漏斗煤倉的設計與應用實踐，對于粉煤和水分較高末煤的使用效果很好，大大降低了煤倉堵塞事故。據統計，使用圓錐曲線漏斗煤倉后的堵塞事故發生率比以往使用錐形直線漏斗煤倉降低了80%以上；同時，該設計形式也大大降低了煤倉的磨損程度，提高了煤倉的服務年限，節約了煤倉的維檢費用和事故處理費，減少了因疏通煤倉帶來得不安全隱患，取得了明顯的經濟效益和社會效益。所以圓錐曲線漏斗煤倉是防止煤倉發生結拱堵塞事故的好途徑。