一倉一橋在葫蘆素選煤廠的應用

衛中寬

(中煤邯鄲設計工程有限責任公司，河北 邯鄲 056031)

為了更好的組織生產，緩解選煤廠與礦井生產及運銷系統的不均衡性，設置一定容量的倉儲設施很有必要，煤炭洗選工程設計規范中要求“原料煤與產品煤儲量之和宜為3～7d設計生產能力”，足顯其重要性。輸煤棧橋作為各個車間的連接紐帶，是選煤廠不可或缺的組成部分，被譽為選煤廠的“脈絡”。

選煤廠倉儲設施的發展依次經歷了露天堆放、儲煤棚(條形料場及圓形料場)、筒倉、薄殼球倉四個階段，輸煤棧橋的發展也同樣經歷了磚混結構棧橋、鋼筋混凝土結構棧橋、鋼結構棧橋、模塊棧橋四個階段。中煤邯鄲設計公司最先將薄殼球倉(以下簡稱球倉)和整體預應力裝配式箱型帶式輸送機棧橋(以下簡稱模塊棧橋)兩項新技術在國內成功應用于工程實踐，并在煤炭行業推廣。

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

1 一倉一橋的設計起因

1.1 球倉的引入

球倉屬于混凝土薄殼結構的范疇。混凝土薄殼結構[1]的強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力，從而可以充分發揮材料的潛能[2-3]，以很小的厚度就可以承受相當大的荷載，被工程界譽為用料最省、穩定性最好和容積最大的一種結構[4-5]。但因為其模板費用比較昂貴、混凝土難于澆筑等原因，推廣速度較慢。直到20世紀70年代以后，隨著氣膜材料的發展完善和施工技術的日趨成熟，球形倉才得以廣泛應用。

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合引進(源自美國DOME公司)，用于大唐清苑熱電廠，該廠2013年建成投產。球倉的引進目的在于提高煤場體積利用率，縮小占地面積，提高煤場自動化作業水平[6]。這項技術的應用為煤炭行業在大容量倉儲設施的突破帶來了新的生機，2013年底，中煤邯鄲設計公司在設計葫蘆素選煤廠時，采用了這種倉儲形式，把氣膜鋼筋混凝土薄殼球倉第一次引入了國內煤炭行業倉儲設施中，豐富了選煤廠煤倉形式選擇的種類。

1.2 模塊棧橋的由來

為了促進建筑產業升級，國家正在大力推廣裝配式施工技術、綠色施工技術、建筑節能技術，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”煤礦考察的機會，模塊棧橋進入國人的視線，其蘊藏的巨大潛力引起了煤炭行業建筑企業的高度重視。2014年9月，中煤建安集團購買了兩節不同帶寬的模塊棧橋用于研發。2015年8月，中煤邯鄲設計公司在葫蘆素選煤廠至圖克大化肥項目的輸煤系統中按這種模塊棧橋設計，該項目是模塊棧橋在國內輸煤系統的第一次應用，其為一條帶寬1 400 mm的單機輸煤棧橋，2016年5月投入了使用。

2 球倉在葫蘆素選煤廠的應用

2.1 項目概況

中天合創葫蘆素選煤廠設計能力為13.0 Mt/a，煤質牌號為長焰煤和不粘煤，選煤工藝為150～13 mm塊煤淺槽分選工藝，精煤產品主要供應中天合創公司煤制烯烴項目和中煤鄂爾多斯能源化工公司項目。

葫蘆素選煤廠原煤和產品均采用直徑(外徑)為54 m、高度(漏斗口至倉頂)為53.5 m、單倉儲量6萬t的球倉儲存，其中原煤倉1座，產品倉2座。球倉由球殼、環基、配套的廊道及帶式輸送機組成，上部結構0～26.5 m高度范圍內外表面為柱面，26.5～53.5 m高度范圍內外表面為球面。混凝土截面厚度從下部500 mm逐漸縮小至300 mm，再由300 mm逐漸增加到頂部450 mm。倉頂采用單點卸料方式，倉下設有3條暗道，布置16個受煤漏斗，配有16臺給煤機。葫蘆素選煤廠的球倉于2015年底開始投入使用，一直未發生過堵煤、自燃等事故，運行良好。

2.2 球倉施工過程

首先要按預定儲量的形狀制造氣膜，之后固定在環形的混凝土基礎上，然后進行充氣，要進出氣膜必須通過減壓前室和一道氣鎖式密閉門，以便保持氣膜內的壓力，結構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械及鋼筋等封閉在氣膜內，然后對氣膜充氣，在氣膜內表面先噴一層膠，同時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造層和結構層進行噴涂混凝土[6]，當結構層的混凝土強度達標后，即可除去薄膜內的氣壓，之后繼續完成剩余結構層的施工，最后再開孔洞。

2.3 球倉的特點

球倉剖面及截面示意如圖1所示，其特點如下：

(1)球倉儲量大。單倉儲量可達6萬t以上。

(2)球倉受力好。具有良好的抗震、抗風壓性。

(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志性建筑。

(4)保證施工工期。它集裝飾、保溫、模板、結構于一體，節能環保無污染，適用于各種復雜氣候條件的地區，而且大量作業集中在室內進行[7]，有利于保證工期。

(5)造價低。國外資料顯示：對于球形結構，氣壓支模法的造價只有普通支模法的1/8，而且省時、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地面式倉庫，儲存每噸材料的造價比立式筒倉便宜一半[5]。

(6)倉內無死區，不利于瓦斯聚集，安全性高。

圖1 球倉剖面及截面示意圖

3 模塊棧橋的應用

3.1 項目概況

葫蘆素選煤廠的部分產品供給中煤鄂爾多斯能源化工公司(圖克大化肥項目)，作為原料煤及燃料煤使用，采用長距離帶式輸送機運輸。輸煤棧橋由中煤邯鄲設計公司采用EPC模式建設，2015年8月開始設計，全長2.95 km，采用每段36 m的單機模塊棧橋，帶寬1 400 mm，運量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

模塊棧橋現場照片及安裝圖如圖2所示，其特點如下：

(1)模塊棧橋在結構的表面覆蓋材料利用自身的剛度和強度對整個結構抵御外載荷的能力起到加強作用[9-10]，與傳統鋼結構棧橋相比，每延米用鋼量降低了20%。

(2)模塊棧橋為標準化設計開創了新途徑，它具有復制性和普遍性，不同項目可使用同一套圖紙(基礎圖除外)，有利于節約設計周期[11]。

(3)模塊棧橋的所有組成部分均在工廠加工制作，精度高，產品質量有保障。車間內除銹，防腐效果好，可有效延長棧橋的使用壽命[12]。另外，把施工現場大量的重復性工作轉移到工廠內的自動化生產線上完成，有效提高了勞動效率。在現場只需完成拼裝工作，工期可大幅縮短。

圖2 模塊棧橋現場照片及安裝圖

4 注意事項及改進措施

分析球倉和輸煤棧橋這兩項新技術在葫蘆素選煤廠的應用，在以后的設計及施工過程中，下列事項應予以特別關注：

(1)球倉上棧橋搭接空間高度的設定。由于球倉受到內外壓強差的影響，球倉頂部會產生一定的位移，在設計時，帶式輸送機機頭層平面距離球倉頂部預留高度設為1 m比較合適，定位時應以帶式輸送機機頭層標高為準。

(2)球倉施工時的注意事項。球倉的施工要制定完善的施工組織設計，監測氣壓、溫度、濕度等，在吹膜后與噴膠前，要檢查膜表面是否有水膜，必要時需暖風烘干。因為構造層的鋼筋為1 500 mm×1 500 mm的間隔，鋼筋直徑只有8 mm，構造層厚約50 mm，結構層尚未施工時構造層單位面積受力較大，很容易脫落。為防止脫落，建議在噴構造層時加入細絲網，且注意每次噴涂的厚度和高度。

(3)倉下出料設備的選擇。在條件的許可情況下，球倉下出料設備可選擇入口尺寸大、有利于減少漏斗數量、設備高度低的活化給煤機，可降低暗道高度，進而降低土建投資，減少堵塞機率，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，通風口均在頂部，煤塵容易積聚，建議采用霧化除塵設備，可每隔一定距離設噴頭，煤塵將會得到有效控制。

(5)模塊棧橋油漆顏色的選擇。模塊棧橋采用全鋼結構，受熱脹冷縮的影響比較明顯，設計時一定要考慮相應的位移。為了將溫度對棧橋的結構影響降至最低，設計建議采用單一顏色。

5 思考與展望

隨著膜材料的國產化及施工技術的成熟，球倉及模塊棧橋的總體造價必然會降低。這兩項新技術一定會在國內擁有更廣泛的市場，并積極推動倉儲設施和輸煤棧橋的發展，以此引發廣大設計人員的新思考：

(1)球倉和模塊棧橋設計技術的引入給我國選煤廠設計理念帶來了革新。我國正在經歷經濟結構轉型，人工成本會越來越高，高效化、智能化必將成為設計產品的主流，未來薄殼球倉和模塊棧橋會有廣闊的市場。

(2)球倉施工設備的研發。通過對球倉施工現場的觀察，為提高施工速度，中煤邯鄲設計公司擬開發新型球倉施工裝備，有望將現有的施工工期縮小一半。

(3)漏斗的預制。目前球倉下的漏斗采用鋼筋混凝土做成漏斗，內部填料量大，材料成本高，為降低施工成本、提高施工速度，設計可采用預制混凝土漏斗的方式，按照漏斗模具在工廠加工好，運至現場直接安裝，可大大提高施工進度。

(4)模塊棧橋型譜系列化。為了便于推廣應用，應根據膠帶寬度及是否采暖，開發單機棧橋型譜、雙機棧橋型譜、三機棧橋型譜，形成系列化標準化產品。

參考文獻：

[1] 沈 偉.蜻蜓翅膀結構仿生及新型伸臂空間網格結構體系研究[D].杭州：浙江大學，2006.

[2] 郝 飛.大跨度空間結構的主要形式及特點[J].內蒙古石油化工，2011(3):82-83.

[3] 王 超.淺析大跨度建筑結構形式與設計[J].科技創業家，2013(12):39.

[4] 趙繼華.淺談薄殼結構及其施工方法[J].山西建筑，2011，37(25):55-56.

[5] 許賢敏，張 杰.國外氣壓支模施工法在混凝土薄殼施工中的應用[J].工程設計與建設，2003(6):27-31.

[6] 張 成，朱劍波，杜喜凱，等.氣膜式球形煤倉施工過程有限元分析[J].河北農業大學學報，2015，38(3):119-123.

[7] 李彥偉.氣膜式薄殼混凝土球形倉介紹[C]//中國煤炭學會煤礦建筑工程專業委員會2012年優秀論文匯編.北京:《煤炭工程》雜志社，2012:86-88.

[8] 趙家鵬.氣膜薄殼鋼筋混凝土結構施工技術研究[D].濟南：山東大學，2015.

[9] 吳春野，殷志祥.考慮蒙皮效應的裝配式帶式輸送機棧橋特性分析[J].空間結構，2016，22(2):88-91.

[10] 李 碩.蒙皮效應對輕鋼結構力學性能的影響研究[J].河南建材，2016(6)：9-10.

[11] 殷 磊.一種新型帶式輸送機輸煤棧橋的設計[J].煤炭加工與綜合利用,2017(7):24-25，29.

[12] 萬 瑜，古 莉，邱國志，等.模塊化棧橋結構設計[C]//第十七屆全國現代結構工程學術研討會論文集.北京:《工業建筑》雜志社，2017:775-778.