預應力混凝土儲煤筒倉貯料物理參數分析

劉 旺 （華北水利水電大學，河南 鄭州 450000）

1 引言

煤的物理參數的試驗，參考糧食、谷物類顆粒狀物料的試驗規范。通過煤的物理參數試驗研究，以減少儲煤過程偏心卸料的危害。本文主要針對煤的含水率對其休止角和內摩擦角的影響，分別做了煤的剪切試驗、含水率的測定試驗、休止角試驗。

2 儲煤煤樣試驗研究

2.1 研究目標

本研究的主要目標是通過測得不同含水率下，含水率與煤的內摩擦角和休止角的關系。通過此實驗研究，為儲煤筒倉煤側壓力的計算提供實際的參考價值。

2.2 研究過程

通過從某電廠取得煤樣，在試驗準備階段，查閱文獻找出煤樣的重要物理參數內摩擦角與休止角。由于實際煤樣含水分，參考谷物的物理參數的研究試驗，確定煤的內摩擦角和休止角受到含水率影響。接下來分別做了煤含水率的試驗、煤的內摩擦角試驗、煤的休止角試驗。

2.3 含水率、內摩擦角、休止角試驗方法

2.3.1 含水率的試驗方法

試驗研究選自某電廠煤樣，如圖2所示。為獲得其他含水率的試樣，通過添加去離子水配置得到不同含水率的試驗用煤。實驗操作過程依照規范《糧食、油料檢驗水分測定法》（GB 5497-1985）測定其含水率，每種樣品測試3次，每份煤樣500g，取平均值。

式中：M為水的質量，g；m為未烘干托盤與煤的質量，g；m為烘干托盤與煤的質量，g。

以下是含水率試驗所使用的儀器

電子分析天平，見圖1所示。101型電熱鼓風干燥箱，見圖3所示。

圖1 電子分析天平圖

圖2 實驗用煤

圖3 101型電熱鼓風干燥箱

將所取煤樣，分別將每組煤樣放入預先準備的托盤中，依次編號1#-3#，分別記錄。依據GB 5497-1985糧食、油料檢驗水分測定法測定其含水率w。

式中：m—烘干以前煤和托盤的總質量（g）；

m—烘干以后煤和托盤的總質量（g）；

w—試樣含水率。

2.3.2 休止角的試驗方法

煤的休止角是指煤通過裝置從一定高度連續自由下落，并自然地堆積在平面上形成的錐體，其錐形母線與水平面之間的角度即為休止角，又稱安息角。煤的休止角大小與煤樣尺寸、形狀和含水量有關。煤休止角反映了煤的滾動能力和煤的散落特性。休止角越大，顆粒滾動能力越差，散落性能越小。

實驗采用注入法，通過自制的休止角測量裝置，如圖4所示。將每份15kg的煤試樣放入漏斗中，使煤樣連續下落，最后形成穩定狀態的圓錐形體。測量高度H，通過公式（5）計算得到對應的休止角。

圖4 安息角測量裝置

式中φ為休止角（°）。H為煤堆積高度，mm；D為墊塊底面直徑，mm。每種試樣進行四個坡面角度的測定，取平均值。

2.3.3 內摩擦角的試驗方法

采用ZJ型應變控制式直剪儀，如圖5所示。將所取煤樣分四份做剪切試驗，通過將煤樣剪切破壞，計算得到每組煤樣的剪切應力，以及剪切試驗施加的垂直應力，計算公式如下（4）所示。

圖5 ZJ型應變控制式直剪儀

3 研究結果分析

3.1 含水率與休止角試驗分析

通過實驗得到煤的含水率與煤的休止角的實驗結果，如表1所示。

煤的含水率與休止角的實驗結果 表1

擬合煤休止角與含水率的關系式為：

式中φ為煤的休止角，（°）。由上式可知：煤的休止角與含水率之間近似為線性函數關系，決定系數R=0.9928，基本上接近于1。因此，測得煤的含水率和休止角是可靠合理的，煤的休止角與含水率呈線性關系。圖6為不同含水率下的休止角的大小。

圖6 不同含水率下煤休止角的大小

3.2 含水率與內摩擦角試驗分析

通過試驗得到煤的含水率與煤的內摩擦角的試驗結果，如表2所示。

煤的含水率與內摩擦角的實驗結果 表2

擬合煤內摩擦角與含水率的關系式為：

式中φ為煤的休止角，（°）。由上式可知：煤的休止角與含水率之間近似為非線性函數關系，決定系數R=1。因此，測得煤的含水率和內摩擦角是可靠合理的，煤的內摩擦角與含水率呈非線性關系。圖7為不同含水率下內摩擦角的大小。

圖7 不同含水率下煤的內摩擦角的大小

4 小結

通過煤的含水率、休止角以及內摩擦角的實驗可以得出：

①煤的休止角與含水率呈現出線性關系，擬合煤的休止角與含水率之間的數學表達式為φ=2.545w+33.265，相關系數R=0.9928，可以得出煤樣中的含水率增大，煤的散落性能就會變差，從而煤的休止角就會增大；

②煤的內摩擦角與含水率呈現非線性關系，擬合煤的內摩擦角與含水率之間的數學表達式為φ=0.571w-1.2554w+26.16，相關系數R=1，可以得出，煤樣中的水分增多，煤樣顆粒間的粘附力越大，剪切應力也就越大，所得出的內摩擦角就越大；

③從試驗結果可以看出，休止角一般是表明其物料的散落性能，散落性能差就會導致貯煤的偏心卸料，從而導致筒倉結構受到偏心荷載的影響。