空氣炮在解決料倉堵塞中的應用研究

郜 杰

（山西蘭花能源集運有限公司，山西 晉城048400）

引言

工業生產的運輸效率在很大程度上決定工廠的生產效率。以煤炭運輸為例，煤炭從工作面生產出來后還需經歷刮板輸送機、帶式輸送機或提升機等多個環節之間的運輸。在實際運輸過程中，為減少各個運輸環節的影響，增加煤炭連續運輸中的緩沖，在運輸途中增設了料倉。料倉的應用可彌補在運輸低峰期的釋放量，儲存高峰期的貨物量，對提升煤礦工作面各個設備的生產潛能具有重要意義[1]。然而，料倉在實際應用中由于所運輸物料濕度較大，導致料倉存在堵塞。本文將著重研究用空氣炮解決料倉堵塞的問題。

1 料倉堵塞現狀分析

料倉為工作面煤礦運輸系統必不可少的部件，煤礦主井配置料倉的卸載系統結構如圖1所示。

圖1 配置料倉的主井卸載系統結構示意圖

導致料倉堵塞的原因主要可分為內因和外因兩方面的因素。其中，內因主要指的是所存放物料的機械特性和粒度大小等；外因主要指的是料倉的內部結構以及材料特性等。經統計可知，一般料倉堵塞主要與料倉倉體的直徑大小、料倉的高度以及物料的下載方式等相關[2]。目前，山西蘭花能源集運有限公司（以下簡稱公司）裝車塔緩沖倉設計容量300 t，共有4個下煤口；定量倉設計容量100 t，有1個落煤口。近年來，隨著公司電煤業務的開展，在配煤裝車過程中，因煤質含煤泥比重大、雨水多、氣候寒冷等原因，造成掛倉、堵倉，嚴重影響裝車速度。

經分析，料倉結構進料口在上方，排料口在下放，物料憑借自身重力克服其與料倉內壁的摩擦力而下落。在實際落料過程中，當物料的重力小于其與料倉內壁的摩擦力就會導致物料黏附于料倉內壁，從而導致后期的堵料問題。導致物料自身重力不足以克服其與內壁摩擦力的因素包括有：物料的直徑大小、物料在容器內所停留的時間以及物料內壁的摩擦系數等。經實踐表明，料倉一般出現堵塞的位置主要為料倉的內壁和出料口，且以出料口的堵塞居多[3]。

2 空氣炮原理及應用研究

實際應用中需采用最佳、最合理的破拱主流裝置解決料倉堵料問題。目前，由公司自主研發生產的空氣炮、疏松機等設備已經被成功應用于多種行業的疏通任務中，而且經實際驗證，空氣炮、疏松機的清堵效果最佳。此外，空氣炮、疏松機等設備還具有自動化水平高、維修方便以及維護費用低的優勢，可在一定程度上降低作業人員的勞動強度。

2.1 空氣炮原理

空氣炮一般適用于以混凝土、鋼、塑料等為主要材料制成的料倉的清堵，其主要清堵原理為：基于氣壓平衡的理論，由氣沖裝置將設備內的氣體壓力增大至0.4～0.8 MPa；當需要清堵任務時，通過控制電磁閥的開啟，使一定壓力的氣體瞬間以超音速的速度排出并以強大沖擊力將堵塞于料倉內壁和出料口的物料清除[4]。一般的空氣炮結構如下頁圖2所示。

2.2 空氣炮的應用

經過現場勘查，結合料倉結構型式，對該系統設計安裝KQP-A-200型空氣炮24臺。緩沖倉每個下料口安裝4臺，4個下料口共安裝16臺，空氣炮安裝在下料口的棱角處；定量倉上采用分層與錯位相結合的方式安裝，增加空氣炮作用范圍，每層安裝4臺空氣炮，兩層共8臺，另加C-2/0.8儲氣罐1臺，3立方螺桿空氣壓縮機（產地上海）1臺。為解決料倉堵塞問題，為空氣炮配置如表1所示的其他設備。

圖2 空氣炮結構組成圖

表1 空氣炮清堵系統配置設備

3 空氣炮沖擊力的測試

為保證空氣炮對料倉內壁和出料口堵塞物的高效處理，將空氣炮清堵系統的各裝置按照相關標準要求進行連接并安裝，具體技術要求如下所示：

1）空氣炮的氣體噴射管路出口應朝下，保證管路與水平線的夾角大于15°；

2）要求充入空氣炮中的氣體必須經過過濾處理的，其氣體壓力范圍保證在0.3～0.8 MPa之間，并保證氣體管路各個接口位置處不存在漏氣的現象；

3）空氣炮充氣控制閥應安裝于方便作業人員操作的位置；

4）空氣炮每次運行之前必須保證設備已經穩固安放于料倉之上，保證作業的安全性；

5）針對所有熱態設備，保證空氣炮與被清堵位置的距離大于1.5 m；

6）對于空氣氣溫較低的位置，應對空氣炮采用相應的保溫措施，避免低溫環境影響設備的性能；

7）要求為空氣閥電磁快速排氣閥所配置電源的電壓為220 V，針對特殊場合比如綜采工作面應用時應為其配置防爆電磁閥。

按照上述技術要求安裝清堵系統后，整個系統的清堵效果不僅與氣體噴爆作用力大小相關，而且與噴爆的持續時間有關。因此，本文將驗證不同充氣壓力下空氣炮的噴爆參數，具體測試結果如表2所示。

表2 不同充氣壓力下空氣炮噴爆參數對比

如表2所示，隨著充氣壓力的增加，對應噴爆總時間先增大后減小，最大噴爆時間為345 ms，對應充氣壓力為0.5 MPa；噴爆最大沖擊力隨著充氣壓力的增大而增大；沖量比值隨著充氣壓力的增大呈現先增大后減小的變化趨勢，且最大沖量比值為3.72，對應充氣壓力為0.6 MPa。綜合對比，為保證料倉的清堵效果，空氣炮對應的最佳充氣壓力為0.6 MPa。

4 結語

料倉為物料運輸過程中必不可少的部件，由于所運輸物料的特征及料倉的結構不合理導致其存在堵塞的問題。為解決料倉內壁及出料口的堵塞問題，根據相關技術要求完成空氣炮系統的安裝與相關輔助設備的配置，經測試將最佳充氣壓力設定為0.6 MPa，可保證料倉的清堵效果。