空气炮在煤仓清堵中的应用研究

(内蒙古煤矿设计研究院，内蒙古  呼和浩特 010010)
摘 要：文章针对煤在仓内流动的两种主要状态，进行了 仓内物料的受力分析，介绍了空气炮在煤仓防堵中的有效应用；同时还分析了空气炮的工作 原理，提出了空气炮在使用过程中的常见问题，为正确地使用空气炮提供了借鉴。
关键词：煤仓堵塞；空气炮；应用
中图分类号：TD529⁺.1  文献标识码：A  文章编号 ：1007—6921(2009)03—0211—02

原煤运送过程中在煤仓内滞留起拱，形成煤仓堵塞，这样不仅影响煤仓作用的充分发挥，也 严重地影响煤矿正常生产。要改善煤仓内物料的流动性，以最安全、最节能、最迅速的方法 破除煤仓起拱、堵塞、粘仓，保持生产过程的连续性，就必须设置最先进、最理想的破拱助 流装置。

空气炮利用压缩空气突然释放产生的气流，对物料形成的冲击与振动，使物料疏松下落是目 前世界上公认的最先进、最经济、最理想、最环保、最安全的破拱助流设备。但是在煤仓的 防堵过程中如何利用好空气炮，是煤矿企业必须认真研究的问题。
1 煤仓堵塞的原因分析

要想搞清楚煤仓堵塞的原因，就必须先了解煤在仓中的流动原理。煤在仓内的流动是由它自 身的重力引起的，其运动状态主要有两种：
1.1 整个仓内的物料同时从各自的位置流向卸料口，称整体流(图1(a))，这是仓内物料流 动最理想的状态。
1.2 管状流(图1(b，c，d))，在煤仓中心部位有相当于卸料口大小的物料呈柱状向卸料口 运动，其他区域是处于停滞状态。这种状态使煤仓有效容积相对减少，同时增加煤仓卸料时 物料的粘结、起拱，形成煤仓堵塞。直立煤仓的底部漏斗结构，一般是向斗口收缩的正方锥 形或圆锥形，横截面由上而下逐渐缩小，截面收缩率从上至下很快地增大，当煤仓漏斗闸门 打开流动开始时，贮存在仓内的煤粒由于自重的作用，克服阻力向下流动。在煤流下降流动 过程中，每下降一个微小的高度，煤颗粒均要重新排列，煤颗粒的原有层面呈不均匀下降， 以适应截面收缩的变化。由于截面收缩率的增大，煤愈接近斗口，挤压错动愈大，加之煤的 粘结作用(在一定范围内，煤的粘结力与煤的含水率成正比)，煤流的内外摩擦力也急剧增大 ，当各种阻力的影响使煤颗粒原有层面破坏到一定程度时，便导致产生管状流；当仓内各种 阻力增大到超过煤粒自重作用的垂直净压力时，煤流中断，形成拱形堵塞，流动完全停滞。 结拱的位置一般在煤仓下口上方约2m的地方。

近年来，在煤仓的设计上使用了双曲线形漏斗或和漏斗斜面上、下段不同角度(上段角度小 于下段角度)的设计。这些漏斗煤仓都是根据等截面积收缩率或近似等截面积收缩率设计的 ，煤在仓内的流动是下面快，越向上面越慢，呈现整体流状态。这种设计在一定程度上缓解 了煤仓堵塞现象的发生。但影响煤仓堵塞最根本的原因还是物料本身的特性与煤仓几何形状 对物料流动的适应性。随着井下综合开采的普及和煤的洗选加工，使仓贮煤的外在水分普遍 在8%，甚至更高。煤的粘结性强、流动性差，当它在重力作用下，呈漏斗状从仓口排出时， 料流的形状是与卸料口尺寸大致相当的柱状体(图2)。在这个柱状体内，物料受重力作用而 产生的剪切力S必须大于使物料固化的物料内摩擦力F才能流动。而剪切力与物料对仓壁的摩 擦、物料内摩擦以及料仓漏斗锥角有关。当这些因素确定后，剪切力的分布取决于物料的深 度。图2是料仓内剪切力S，摩擦F，侧压力P的分布图，在A点有S＝F，此处即结拱的临界点 。因此，在此处放置空气炮，当空气炮的冲击力大于A点的静摩擦力F，即冲击应力大于物料 的结拱强度就能有效地助流、破拱、预防和清除堵塞。

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2 空气炮的工作原理

空气炮是防止和消除各种类型料仓、料斗、水泥预热器窑道分叉处及矿山溜井、溜坡的物料 起拱、粘仓闭塞等到现象的专用装置。一般整套的空气炮组件是由储气罐、气缸、电磁阀以 及相关的管路阀门等组成(如图3)。

空气炮的工作原理是：当原煤仓发生堵塞时，快速打开空气炮储气罐的阀口，让罐内的压缩 空气形成高速喷出的强烈气流，以超过一马赫的速度直接冲贮存散体物料的闭塞故障区。这 种突然释放的膨胀冲击波克服了物料的静磨擦而形成的起拱或粘壁，使仓内的物料得以恢复 重力流动，从而保证物料输送和生产的连续性。
3 空气炮使用中的常见问题
3.1 气源管路堵塞或漏气

空气炮所用的压缩空气必须是过滤后的干燥气体，最大工作压力一般不超过0.8MPa，最小工 作压力一般不低于0.4MPa。如果气源管路发生堵塞或漏气，就会使储气罐中的气体压力降低 ，并大大降低空气炮的喷爆能力。此外，漏气还会使空气炮的充气时间加长，造成不能在短 时间内实现连续放炮。
3.2 气动操作阀安装不当

气动操作阀距离炮体的安装距离一般不宜超过15m，否则会因气流的沿程阻力过大而造成空 气炮不能排气或是释放能力减弱。
3.3 炮体内积水或有杂物

空气炮罐体上一般都设有疏水塞，除安装过程中应注意使疏水塞向下布置外，运行期间还要 定期排水。若罐体内积水过多或是存有杂物，则可能造成空气炮活塞卡涩失灵或损坏O型密 封圈，并最终导致空气炮不能充气、不能排气或是漏汽量加大。
3.4 喷射管安装角度不当

这一点往往为施工单位所忽略，空气炮喷射管位于仓内的部分应向下布置，其与水平线的夹 角不得＜15°，否则在正常运行中煤粉有可能将空气炮的喷口堵塞，而且也易使其受到对侧 空气炮的影响。此外，向下的倾角还可以加强喷射气流的垂直动量分量，使堵塞的煤粉更易 疏通。
4 结束语

经过多年的应用和实践，空气炮在破除煤仓起拱、堵塞、粘仓方面具有很大优势。同时，随 着空气炮在设计、制造等方面更加成熟和完善，空气炮在煤矿中会得到更广泛的应用。
［参考文献］
［1］ 陈荣斌，陈立龙.空气炮清堵装置的研究与应用［J］.2005，(12).
［2］ 宋秀索.大型煤仓用空气炮的计算原理分析［J］.2006，(2).
［3］ 闫志成.浅谈空气炮在煤仓防堵中的应用及选型［J］.煤炭加工与综合利用，2 006，(3).

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