多头空气炮破拱装置的研制与应用

李民强，李国祥

(平顶山天安煤业股份有限公司 八矿选煤厂，河南 平顶山 467001)

多头空气炮破拱装置的研制与应用

李民强，李国祥

(平顶山天安煤业股份有限公司 八矿选煤厂，河南 平顶山 467001)

简要阐述了平顶山八矿选煤厂生产现状及外来煤煤质状况，详细分析了因煤仓棚堵而影响外来煤返运效率的原因，在对外来煤运输系统与放仓工艺研究的基础上，研制出多头空气炮破拱装置，用以代替原直流吹风卸煤，从而大大提高了放仓返运速度，并降低了系统电耗。

煤仓；破拱装置；多头空气炮破拱装置；炮头；安装位置

平顶山天安煤业股份有限公司八矿选煤厂于1985年11月建成投产，设计能力为1.80 Mt/a，经多次技术改造，目前洗选能力达5.00 Mt/a，生产采用原煤预先脱泥、三产品无压重介旋流器、煤泥浮选联合工艺流程。该厂入选原煤主要为八矿、十二矿、十三矿、首山矿、十矿、四矿等矿的己组煤，其中八矿原煤量约占1/3，其他矿原煤量约占2/3。生产时，八矿原煤直接通过胶带运输机进入选煤厂原煤仓，而其他矿原煤则通过外来煤运输系统进入该厂原煤仓。由于该厂外来煤中<0.5 mm粒级的细颗粒含量约在30%以上，水分为7%～8%，煤质较松散，静止安息角为40°左右，因此易打团堵塞卸料仓，进而直接影响选煤厂的生产效率。为解决此问题，选煤厂组织技术力量，在对外来煤运输系统与放仓工艺研究的基础上，研制出了多头空气炮破拱装置，用以代替原直流吹风卸煤，进而大大提高了放仓返运速度，同时降低了系统电耗。

1 生产现状

八矿选煤厂外来煤原采用的调入方式是：每次由机车调入22节60 t的K型自卸火车，将原煤卸入道轨下面单个体积为70 t的卸煤钢仓；之后，卸煤仓内的煤通过甲带给料机进入胶带运输系统返运。在整个外来煤返运过程中，机车调入和卸煤由铁路运输处负责，基本属于固定时间，影响外来煤返运的可控时间是卸煤仓内的煤通过甲带给料机进入胶带运输系统的返运时间。卸煤仓原设计采用φ66 mm的风管直接向每个卸煤仓的四壁单独自流吹风卸煤，卸煤效率较低，严重影响甲带给料机的运输量，且耗时较长，特别是在煤湿、煤粘、煤结冰等特殊条件下，粘贴在仓壁的煤根本无法吹下，只能由工人使用大锤用力敲砸煤仓壁使堵煤下落，不仅劳动强度大，且有可能损坏钢仓。另外，采用这种吹风卸煤方式需要开启的空气压缩机台时数较多，导致系统电耗较大。

在卸煤仓吹风方式改造前，八矿选煤厂每天只能完成调入外来煤机车6勾，每勾22车，每车60 t原煤，可返运原煤8 000 t左右。

2 解决方案

八矿选煤厂外来煤24个卸料仓采用的均是钢制结构，形状相同，上口大、下口小，上部为方形，下部呈方锥形。在工作过程中，自上口进料，由下口排放料，物料自上而下靠自重下落，下落的物料由于在锥形容器内流动，故越向下流动，面积越小，物料间相互挤压现象越严重，导致磨擦系数增加，这是造成堵塞的主要原因。此外，物料的水分、粒度、温度，物料在窗口容器内存放的时间长短，容器壁磨擦系数大小也是形成堵塞的其他因素。

空气炮又称空气助流器、破拱器、清堵器，是防止和消除各类型料仓、料斗、管道分叉处的物料起拱、堵塞、粘壁、滞留等现象的专用装置。空气炮主要由储气罐、炮头、电磁阀等组成。其中：储气罐内部一端连接炮头，炮头一端连接控制放炮的电磁阀，另一端对应连接在储气罐另一端的排气管内端。传统空气炮每个炮头都需要一个储气罐，储气罐体积、质量较大，占用空间多。由于八矿选煤厂外来煤卸煤钢仓周围空间狭小，无法安装多台空气炮，因此设计出了炮头外置的一罐多头式多头空气炮破拱装置，用以解决生产中的煤仓堵塞问题。

3 多头空气炮破拱装置

3.1 结构

多头空气炮破拱装置结构示意图如图1所示。该破拱装置设有一个带有时序设定的微控制器和储气罐。微控制器用于控制空气炮动作间隔或控制多个空气炮的动作顺序；储气罐的出气口通过管道分别与多个炮头的进气口连接，进气口则依次连接有油雾器、压力调节器和空气滤清器。工作时， 油雾器将润滑油进行雾化并注入空气流中，随压缩空气流入需要润滑的部位，达到润滑的目的； 压力调节器可根据工作现场需要随时调节压力，通过调节供气压力来控制放炮的冲击力； 空气滤清器可以清除空气中的微粒杂质，减少活塞工作时因吸入含有灰尘等杂质的空气加剧零件的磨损。此外，炮头进气口位置处的管道上设置有单向阀，炮头的另一端连接有电磁阀。该破拱装置占用空间小，不会加重仓体负担，设备投资成本也较小。其主要部件结构及功能如下：

1—储气罐；2—油雾器；3—压力调节阀；4—空气滤清器；5—电磁阀；6—检修阀门图1 多头空气炮破拱装置结构简图Fig.1 Structure diagram of multi-head air cannon flow aiding machine

(1)炮头。如图2所示，与传统空气炮相比，该装置实现了罐体与放炮装置的成功分离，体积小，重量轻，打破了目前市场上产品形式单一、安装方式单一的现状，大大节约了安装空间和设备成本。在弹簧9与炮体端盖法兰6之间安装有缓冲弹簧座8，解决了弹簧与后端盖之间刚性连接时，因冲击力过大而造成的弹簧断裂事故，可对其进行缓冲保护，同时避免了每次放炮后弹簧在炮头腔体内中心位置的偏移，起到了对弹簧位置的有效校正。此外，活塞10为含有链子线的高质橡胶复合型密封活塞，活塞上部设置有两道气体密封环12，活塞一端设置有环形凹槽，用来固定弹簧，并且采用橡胶垫减振。

(2)喷吹管。如图3所示，喷吹管的端部为斜面，并焊接有封堵钢板，封堵钢板2对面的喷吹管侧壁上开有椭圆形的喷吹放气孔一，封堵钢板2侧面的喷吹管侧壁开有喷吹放气孔二，目的是使放炮时吹出的气流在密闭的料仓内形成一个向下的旋转气流，更利于物料的吹落。

1—壳体；2—排气管；3—喷吹管；4—进气管；5—上法兰；6—下法兰；7—缸套；8—弹簧缓冲座；9—弹簧；10—活塞；11—环状凹槽；12—密封圈；13—电磁阀图2 炮头结构示意图Fig.2 Structure diagram of cannon head

1—喷吹管；2—封堵钢板；3—喷吹放气孔一；4—喷吹放气孔二图3 喷吹管结构示意图Fig.3 Structure diagram of jet tube

3.2 工作原理

当仓体发生堵塞时，图2中的电磁阀13处于关闭状态，弹簧9所处的空间内事先已经以特定的方式充有一定压力的气体，使活塞10位于炮头排气口的位置，堵住排气管2，使气体不能从炮头排气口喷出； 然后，开启电磁阀13，将弹簧9所处的空间内的气体放出，使压力变小，迫使活塞10向下法兰6方向快速移动，使储气罐中的气体通过炮头的排气管2从喷吹管3的两个喷吹放气孔中喷出，从而完成一次放炮过程。这种突然释放的膨胀冲击波可以克服物料间的静摩擦，使容器内的物料恢复流动。该方法是利用空气动力原理，以空气为工作介质，由一差压装置和可实现自动控制的快速排气阀，将空气压力能瞬间转变成空气射流动力能，进而产生强大的冲击力，是一种清洁、无污染、低耗能的理想清堵设备。

该空气炮破拱装置在实际运行中可采用自动方式或手动方式运行。自动控制系统可由空气炮自动控制仪发信号开始启动第一台炮头，系统延迟一定时间后，启动第二台炮头，以此类推。相应的炮头启动后，系统延迟一定时间后再开始下一个循环控制，所有延迟时间均可随时调整。手动控制功能允许操作人员切换至手动后由操作人员启动各个快排阀按钮，作相应的炮头启动。

3.3 最佳安装位置确定

经过对料仓结构进行分析与现场考察，最易起拱、堵塞的部位是在垂直仓壁与锥形料斗结合部及其下部，所以布炮重点位置也应在此范围。经调研与试验，煤仓棚煤后的形状大致分为桥型、漏斗形、拱形、壁炉形等几种情况，堵塞部位多在煤闸板以上1.5 m以内，在这个范围内，起初煤开始在某处粘结成薄层物料，粘结后摩擦力增大，然后朝轴向或者径向延伸，厚度逐步增加，最终形成不同形状的搭桥、堵塞，造成断流。因此，对多头空气炮破拱装置安装位置应进行合理选择，针对易堵部位合理确定炮头在料仓中安装位置，从而有利于破拱。

图4所示为空气炮破拱装置在煤仓安装时的俯视图。该煤仓仓体为方形，储气罐设置有两个出气口，分别通过两通管和三通管连接在两个不同的仓体上，一个煤仓仓体上设置有四个炮头，均匀设置在仓体的四壁上，炮头和喷出管中心位置选择在离料仓四个角200 mm处，高度是距出料底口向上1 500 mm。安装时，需将喷吹管安装在仓体内，采用水平方向安装，喷吹放气孔一朝向仓体底部，喷吹放气孔二朝向距离其比较远的仓体侧壁。

同时，也可根据物料仓大小、高度等需要，针对各种情况，在容易起拱处按角度分层次布置若干台空气炮组成一个操作系统进行工作。一般来讲，布炮的层距为0.9～2.5 m，间距为3 m左右，且交错配置。

图4 空气炮破拱装置安装俯视图Fig.4 Installation vertical view of air cannon flow aiding machine

上述方法只是一般选择方法，至于一个料仓需如何布炮，要视具体情况而定。

3.4 技术特点

多头空气炮破拱装置的技术特点为：

(1)炮头上进气管位置布置合理。进气管垂直对应活塞缸出气口，工作时一旦弹簧收缩，部分气流便直接由放炮吹走，部分气流进入腔体，当腔体气流压力小于弹簧压力，弹簧立即推出。

(2)在弹簧与炮体端盖法兰之间安装有缓冲弹簧座，该缓冲弹簧座为与弹簧直径相同的耐磨凹凸垫片，解决了因弹簧与后端盖刚性连接时，因冲击力过大造成的弹簧断裂事故，可起缓冲保护作用，同时避免了每次放炮后弹簧在炮头腔体内中心位置的跑偏，可对弹簧位置进行有效校正。活塞一端设置有环形凹槽，用来固定弹簧，并且采用橡胶垫减振。

(3)伸入放料仓内的炮头喷吹管设计独特。炮头喷吹管端部设计成45°斜面角，焊有封堵钢板，杜绝了空气炮在破坏物料棚堵后，物料沿桶壁下滑时进入喷吹管，也避免了在此处棚物料而发生堵塞。斜面封堵钢板下面的圆管上开椭圆形的喷吹放气孔，为主喷吹卸料装置口，斜面封堵钢板下面的圆管单侧方开一个小侧口，目的是使其放炮时吹出的气流在密闭的料仓内形成一个向下的旋转气流，更利于物料的吹落。

(4)系统设置有油雾器，可以将润滑油进行雾化并注入空气流中，随压缩空气流入需要润滑的部位，达到润滑的目的。

(5)系统设置有压力调节器，可根据工作现场需要随时调节压力，通过调节供气压力来控制放炮的冲击力。

(6)系统设置有空气滤清器，可以清除空气中的微粒杂质，以避免活塞工作时因吸入含有灰尘等杂质的空气而加剧零件的磨损。

(7)每个炮头管路单独设置一个单向阀门，可对任一个炮头单独实施检修，避免了因一个放炮装置出现问题而影响其他装置的使用。

(8)为保证活塞的使用寿命与严格的密封性，利用材料力学方法，先后对尼龙、绝缘脂、高质橡胶等材质进行试验(连续放炮3 000次)，最终通过材料配比，研制出含有链子线的既有韧性又有强度的高质橡胶复合型密封活塞，解决了活塞在炮腔体内使用频率高易损坏等问题，且提高了密封可靠性。

(9)炮头在料仓的安装位置选择合理。合理选择易堵部位安装炮头，破拱效果相当明显，杜绝了工人用大锤敲击卸煤现象，不仅降低了工人劳动强度，并且避免了煤仓壁过早变形损坏，延长了设备更换周期。

4 应用效果

多头空气炮破拱装置采用一个储气罐配备多个炮头的卸煤方式，实现了罐体与放炮装置的成功分离，打破了目前市场上产品形式单一、安装方式单一的现状，大大节约了安装空间和设备成本。设备工作时开启供风开关，调节风压和风量，而不工作时迅速切断气源，有利于节约能耗；设备自重小，减轻了卸煤仓体的承重，有利于延长其使用寿命。该装置有效解决了卸煤仓的粘仓、堵仓、棚仓等事故，提高了外来煤卸车速度，保证了选煤厂的原煤入选量。表1所示为采用多头空气炮破拱装置前后的返煤卸车数据对比结果。

表1 返煤卸车数据统计结果Table 1 Data statistics result of returned coal transportation and unloading

由表1可以看出，采用多头空气炮破拱装置后，八矿选煤厂外来煤的调入返运效率明显提高，在调入返运相同数量原煤时，返煤速度提高了50%，综合使用时间缩短35%以上。卸煤仓吹风方式改造后，每天能完成调入外来煤7～8勾机车，返运原煤10 000 t左右，效果明显。此外，该装置的应用还减少了空气压缩机的开车台数，节约了生产能耗。

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Development and application of multi-head air cannon flow aiding machine

LI Min-qiang,LI Guo-xiang

(Ba Mine Coal Preparation Plant,Pingdingshan Tianan Coal Mining Co.,Ltd.,Pingdingshan,Henan 467001,China)

The reason influencing transportation of introduced coal,which is caused by blocking of coal bunker,is analyzed according to production situation and introduced coal property in Pingdingshan ba mine coal preparation plant. In addition,transportation system of this coal and discharging process from coal bunker are also studied. On this basis,utility-type multi-head air cannon flow aiding machine is developed instead of coal unloading process by direct-current blowing air,which has greatly improve speed of transportation,reduced consumption of power.

coal bunker; flow aiding machine；multi-head air cannon flow aiding machine；cannon head；mounting position

1001-3571(2015)02-0024-04

TD948.7

A

2014-09-27

10.16447/j.cnki.cpt.2015.02.007

李民强(1974—)，男，河南平顶山市人，工程师，从事选煤技术管理工作。

E-mail:lmq2723@163.com Tel: 18537512723