水泥輸送空氣斜槽在大坡度長隧道中的應用

陳順惠

摘 要：針對寶雞至坪坎高速公路秦嶺特長隧道施工特點，重點介紹了該隧道大坡度長距離通風斜井應用水泥輸送空氣斜槽將散裝水泥成功輸送到井下的方法和工藝、設備造型、設備現場優化布置及具體實踐中總結經驗教訓，研究成果可為類似條件下的大坡度長距離斜井隧道工程水泥輸送提供借鑒和經驗。

關鍵詞：水泥輸送;空氣斜槽;大角度

中圖分類號：U455 文獻標識碼：A

1 概況

陜西寶坪高速穿越秦嶺主山脊，全長15.5 km，其建設規模（雙向六車道）目前居世界第一，是全線控制性工程。隨著正洞施工掘進，為保證隧道內混凝土的及時供應，項目在隧道正洞內設碎石加工廠、75型型拌合站。而水泥如何順利從工業廠地通過斜井運輸到洞內拌合站，成為項目面臨亟待解決的重大難題。傳統方法將袋裝水泥采用有軌礦車運輸到洞內。這種方法耗費了大量的人工、占用了礦車運輸時間，并且在材料轉運尤其是拌合站上料中，易造成大量的材料浪費，并且污染環境。因此，需要探索一種新的適用方法。

2 具體的方法和工藝

空氣輸送斜槽是用于傾斜向下輸送干燥粉狀物料的連續式氣力輸送設備。輸送物料時，物料由高端喂入斜槽上料側，同時由壓力式風機在底層吹入壓縮空氣。壓縮空氣通過密布孔隙的透氣層將物料顆粒流態化后在透氣布上流態化向前移動。達到了水泥從一側輸送到目的地的效果。

目前空氣輸送斜槽方式大多在水泥廠應用，但在輸送條件上要求較為嚴格：斜槽的布置形式為沿著物料的輸送方向傾斜向下布置，斜度一般為3%～6%，輸送距離一般30 m～100 m。針對我項目斜井現場條件斜度40%，運輸長度900 m實際情況，傳統工藝方式無法使用，必須重新進行規劃設計才能滿足使用要求。

2.1 空氣輸送斜槽指標參數計算

2.1.1 空氣輸送斜槽的輸送能力

斜槽輸送能力按下式計算：

Q=0.98×3600S.v. ρ

式中：Q—輸送能力，t/h;

S—物料截面面積，m2;

v—物料的流動速度，m/s;

ρ—物料容重，t/m3 （充氣水泥：0.75 t/m3～1.05 t/m3;充氣水泥生料：0.7 t/m3～1. 0 t/m3;充氣煤粉：0.4 t/m3～

0.6 t/m3;充氣粉煤灰0.7 t/m3～1.0 t/m3。）

根據實際情況，考慮富裕因素，Q值取556 t/h。

2.1.2 空氣輸送斜槽的耗氣量

空氣輸送斜槽的耗氣量可按下式度算：

V=60BLa

式中：V—耗氣量，m3/min;

B—斜槽寬度，mm;

L—斜槽長度，mm;

a—單位面積耗氣量，m3/m2透氣層·min（通常按1.5 ～3 m3/m2透氣層·min）。

經計算，V取值為90 m3/min。

2.1.3 空氣輸送斜槽的空氣壓力

空氣輸送斜槽水泥輸送需要的風壓，應能夠克服阻力要求并且保證水泥正常流動。風壓一般為4 000 Pa～6 000 Pa。輸送距離長時取較高值，取上限值。

2.2 空氣輸送斜槽的選型

（1）標準槽：斜槽的主要構成部份，其長度為3 m。（2）壓入式風機。根據用氣量計算，風機選型為KJS-3 kw軸流風機，每間隔20 m～25 m安裝一臺，共計安裝35臺。（3）進料溜管：根據安裝現場實際位置情況，便于傳送機傳遞物料。進料溜管位置可以適當進行調整。（4）端蓋板：用于斜槽高端的密封堵板。（5）截氣閥：在斜槽的部分停用或者需要大功率風量帶去水泥時，可關閉截氣閥，達到節省動力目的。（6）透氣層：選擇采用織物透氣層。達到隔水泥但不隔壓縮空氣的效果，保證水泥的正常傳輸。（7）斜槽排風口：保證壓縮空氣能正常外排，在斜槽腔體內形成空氣流動。（8）窺視窗：作于觀察物料流動情況?，F場切割焊接在入料口后的2 m～3 m處便于觀察的一側。

2.2.1 洞口周轉水泥儲存倉

在洞口處設計周轉水泥儲存倉，便于將洞外運輸水泥罐車內水泥轉入倉內臨時存放，并經過星形卸料器將水泥傳送到斜井空氣輸送斜槽內，儲存倉容量設計為5 t。星型卸料器的結構由帶有六片葉片的轉子葉輪、殼體、密封件及減速器、電動機等組成，位于水泥儲存倉的底部。當儲存倉內的水泥靠自重落下在葉片之間時，隨葉片的旋轉而正常供料，星型卸料器的速度即給料量可以通過減速器進行調節，達到連續卸料效果。

2.2.2 斜井洞底設計吹袋式除塵器

吹袋式除塵器配合臥式儲存倉將水泥有效進行收集，通過水平螺旋輸送和傾斜螺旋輸送將水泥輸送到洞內提前放置的水泥罐車中，由水泥罐車將水泥打入洞內拌合站水泥儲存罐內。吹袋式除塵器編程序PLC脈沖控制儀發出信號，電磁脈沖閥動作，經安裝在袋口的引射噴嘴吸入大量空氣進入濾袋，將空氣釋放，隔濾的水泥粉塵落入臥式儲存罐體內。除塵器的清灰控制采用時間、壓差、混合三種方式，自動和現場手動兩種控制方式。正常情況下，除塵器在收到主風機的運行信號后，進入自動控制程序。

根據輸送能力計算選用容量20方除塵罐。罐體內在0.5 m和1.2 m處各設置有附著式振動器，防止水泥堆積造成不均勻分布。在罐體內1 m和2 m處分別設置物料指示報警器，避免出現水泥儲存倉滿而外溢現象。1.2 m式濾袋設計45個，達到排風量85%能力要求。經過詳細計算，結合現場使用條件綜合分析，設備選型和布置如下圖所示：

3 具體實踐應用中注意事項

（1）水泥輸送前，先通風后通水泥，確保通風在10 min以上，以確保斜槽和除塵器內無積壓水泥。專業技術人員對整體設備進行檢查，尤其對于空氣壓縮風機做重點檢查，檢查是否運轉正常，有無反轉現象。

（2）空氣輸送斜槽使用時每隔100 m需要一名工人進行巡視。重點通過可視窗口觀察水泥流動情況。對于計算時間內水泥未正常流動情況，立即停止輸送，待檢查無故障后再能水泥，防止局部水泥聚集造成堵塞現象。水泥輸送過程中，采用鋼管對斜槽進行敲擊，防止局部水泥附著。

（3）臥式水泥除塵器和洞內水泥罐車監視人員要集中精力，出現水泥量超過刻度線要及時停機，防止水泥外溢和除塵器損壞。

（4）使用完畢后，要持續通風10 min，減少水泥附著。

（5）斜槽停止合作超過一周，要間斷進行通風，以免斜槽內水分積聚造成潮濕，影響下次水泥輸送正常使用。

（6）現場做好防潮工作。對于洞外儲料倉和隧道滴水段落，采用不透水材料進行覆蓋。以免水泥受潮濕影響正常流動。

4 技術、經濟效果及推廣價值

在大坡度斜井輔助正洞施工過程中，大坡度長距離（900 m）斜井水泥輸送斜槽有成功使用，有效的解決了隧道內拌合混凝土材料供給上的問題，降低軌道運輸的安全風險，提高了軌道出渣效率，有效的保障了隧道的施工進度。散裝水泥運輸實行全程封閉，袋式除塵器能有效進行除塵或水泥收集，對環境保護、節能減排有著非常重要的意義。

隨著新工藝日益推廣應用，新設備的不斷投入，選擇科學配套的機械設備變得更為重要。通過實踐證明根據斜井的斷面尺寸、坡度、長度及需要承擔的任務等因素綜合考慮選用合理的設備是減少工程投資，縮短工期的重要因素。對于類似有軌運輸斜井隧道，水泥輸送斜槽的使用具有很好的推廣價值。

參考文獻：

[1]《空氣輸送斜槽的技術性能和使用手冊》，2005.

[2]《空氣輸送斜槽輸送粉狀物料-中國振動機械網》，2012.