一仓一桥在葫芦素选煤厂的应用

卫中宽

(中煤邯郸设计工程有限责任公司，河北 邯郸 056031)

为了更好的组织生产，缓解选煤厂与矿井生产及运销系统的不均衡性，设置一定容量的仓储设施很有必要，煤炭洗选工程设计规范中要求“原料煤与产品煤储量之和宜为3～7d设计生产能力”，足显其重要性。输煤栈桥作为各个车间的连接纽带，是选煤厂不可或缺的组成部分，被誉为选煤厂的“脉络”。

选煤厂仓储设施的发展依次经历了露天堆放、储煤棚(条形料场及圆形料场)、筒仓、薄壳球仓四个阶段，输煤栈桥的发展也同样经历了砖混结构栈桥、钢筋混凝土结构栈桥、钢结构栈桥、模块栈桥四个阶段。中煤邯郸设计公司最先将薄壳球仓(以下简称球仓)和整体预应力装配式箱型带式输送机栈桥(以下简称模块栈桥)两项新技术在国内成功应用于工程实践，并在煤炭行业推广。

目前，采用球仓的工程有中天合创公司煤制烯烃项目、中煤鄂尔多斯能源化工公司项目、门客庆项目、梗阳项目以及大屯项目，采用模块栈桥的工程有图克大化肥项目、梗阳项目、延能化项目、昊源化工以及大屯项目。下面以球仓和模块栈桥在葫芦素选煤厂的具体应用为例，对这两项新技术进行介绍。

1 一仓一桥的设计起因

1.1 球仓的引入

球仓属于混凝土薄壳结构的范畴。混凝土薄壳结构[1]的强度和刚度主要是利用了其几何形状的合理性，以材料直接受压来代替弯曲内力，从而可以充分发挥材料的潜能[2-3]，以很小的厚度就可以承受相当大的荷载，被工程界誉为用料最省、稳定性最好和容积最大的一种结构[4-5]。但因为其模板费用比较昂贵、混凝土难于浇筑等原因，推广速度较慢。直到20世纪70年代以后，随着气膜材料的发展完善和施工技术的日趋成熟，球形仓才得以广泛应用。

球仓即气膜钢筋混凝土薄壳球仓，于2011年由华北电力院和山西天舍索斯公司联合引进(源自美国DOME公司)，用于大唐清苑热电厂，该厂2013年建成投产。球仓的引进目的在于提高煤场体积利用率，缩小占地面积，提高煤场自动化作业水平[6]。这项技术的应用为煤炭行业在大容量仓储设施的突破带来了新的生机，2013年底，中煤邯郸设计公司在设计葫芦素选煤厂时，采用了这种仓储形式，把气膜钢筋混凝土薄壳球仓第一次引入了国内煤炭行业仓储设施中，丰富了选煤厂煤仓形式选择的种类。

1.2 模块栈桥的由来

为了促进建筑产业升级，国家正在大力推广装配式施工技术、绿色施工技术、建筑节能技术，模块栈桥正是在这一大背景下引入中国的。

2011年2月借助澳大利亚“Ravensworth North”煤矿考察的机会，模块栈桥进入国人的视线，其蕴藏的巨大潜力引起了煤炭行业建筑企业的高度重视。2014年9月，中煤建安集团购买了两节不同带宽的模块栈桥用于研发。2015年8月，中煤邯郸设计公司在葫芦素选煤厂至图克大化肥项目的输煤系统中按这种模块栈桥设计，该项目是模块栈桥在国内输煤系统的第一次应用，其为一条带宽1 400 mm的单机输煤栈桥，2016年5月投入了使用。

2 球仓在葫芦素选煤厂的应用

2.1 项目概况

中天合创葫芦素选煤厂设计能力为13.0 Mt/a，煤质牌号为长焰煤和不粘煤，选煤工艺为150～13 mm块煤浅槽分选工艺，精煤产品主要供应中天合创公司煤制烯烃项目和中煤鄂尔多斯能源化工公司项目。

葫芦素选煤厂原煤和产品均采用直径(外径)为54 m、高度(漏斗口至仓顶)为53.5 m、单仓储量6万t的球仓储存，其中原煤仓1座，产品仓2座。球仓由球壳、环基、配套的廊道及带式输送机组成，上部结构0～26.5 m高度范围内外表面为柱面，26.5～53.5 m高度范围内外表面为球面。混凝土截面厚度从下部500 mm逐渐缩小至300 mm，再由300 mm逐渐增加到顶部450 mm。仓顶采用单点卸料方式，仓下设有3条暗道，布置16个受煤漏斗，配有16台给煤机。葫芦素选煤厂的球仓于2015年底开始投入使用，一直未发生过堵煤、自燃等事故，运行良好。

2.2 球仓施工过程

首先要按预定储量的形状制造气膜，之后固定在环形的混凝土基础上，然后进行充气，要进出气膜必须通过减压前室和一道气锁式密闭门，以便保持气膜内的压力，结构的施工是在气膜的里面完成[5]。

在气膜固定和充气之前，要先将吊车、铲车、混凝土喷射泵等施工机械及钢筋等封闭在气膜内，然后对气膜充气，在气膜内表面先喷一层胶，同时在胶表面喷聚氨酯泡沫隔热层,并在泡沫层中植入定位钢筋；按照一定的施工顺序依次为构造层和结构层进行喷涂混凝土[6]，当结构层的混凝土强度达标后，即可除去薄膜内的气压，之后继续完成剩余结构层的施工，最后再开孔洞。

2.3 球仓的特点

球仓剖面及截面示意如图1所示，其特点如下：

(1)球仓储量大。单仓储量可达6万t以上。

(2)球仓受力好。具有良好的抗震、抗风压性。

(3)外形美观，自洁性能好。球仓可装饰各种颜色[7-8]，建成后一般都成为标志性建筑。

(4)保证施工工期。它集装饰、保温、模板、结构于一体，节能环保无污染，适用于各种复杂气候条件的地区，而且大量作业集中在室内进行[7]，有利于保证工期。

(5)造价低。国外资料显示：对于球形结构，气压支模法的造价只有普通支模法的1/8，而且省时、省力，施工速度快。最有意义的是伊拉克因地基承载力小，用这种方法建造的混凝土圆顶地面式仓库，储存每吨材料的造价比立式筒仓便宜一半[5]。

(6)仓内无死区，不利于瓦斯聚集，安全性高。

图1 球仓剖面及截面示意图

3 模块栈桥的应用

3.1 项目概况

葫芦素选煤厂的部分产品供给中煤鄂尔多斯能源化工公司(图克大化肥项目)，作为原料煤及燃料煤使用，采用长距离带式输送机运输。输煤栈桥由中煤邯郸设计公司采用EPC模式建设，2015年8月开始设计，全长2.95 km，采用每段36 m的单机模块栈桥，带宽1 400 mm，运量1 600 t/h。2015年11月开始安装，2016年5月投入使用。

3.2 模块栈桥的特点

模块栈桥现场照片及安装图如图2所示，其特点如下：

(1)模块栈桥在结构的表面覆盖材料利用自身的刚度和强度对整个结构抵御外载荷的能力起到加强作用[9-10]，与传统钢结构栈桥相比，每延米用钢量降低了20%。

(2)模块栈桥为标准化设计开创了新途径，它具有复制性和普遍性，不同项目可使用同一套图纸(基础图除外)，有利于节约设计周期[11]。

(3)模块栈桥的所有组成部分均在工厂加工制作，精度高，产品质量有保障。车间内除锈，防腐效果好，可有效延长栈桥的使用寿命[12]。另外，把施工现场大量的重复性工作转移到工厂内的自动化生产线上完成，有效提高了劳动效率。在现场只需完成拼装工作，工期可大幅缩短。

图2 模块栈桥现场照片及安装图

4 注意事项及改进措施

分析球仓和输煤栈桥这两项新技术在葫芦素选煤厂的应用，在以后的设计及施工过程中，下列事项应予以特别关注：

(1)球仓上栈桥搭接空间高度的设定。由于球仓受到内外压强差的影响，球仓顶部会产生一定的位移，在设计时，带式输送机机头层平面距离球仓顶部预留高度设为1 m比较合适，定位时应以带式输送机机头层标高为准。

(2)球仓施工时的注意事项。球仓的施工要制定完善的施工组织设计，监测气压、温度、湿度等，在吹膜后与喷胶前，要检查膜表面是否有水膜，必要时需暖风烘干。因为构造层的钢筋为1 500 mm×1 500 mm的间隔，钢筋直径只有8 mm，构造层厚约50 mm，结构层尚未施工时构造层单位面积受力较大，很容易脱落。为防止脱落，建议在喷构造层时加入细丝网，且注意每次喷涂的厚度和高度。

(3)仓下出料设备的选择。在条件的许可情况下，球仓下出料设备可选择入口尺寸大、有利于减少漏斗数量、设备高度低的活化给煤机，可降低暗道高度，进而降低土建投资，减少堵塞机率，消除煤仓自燃隐患。

(4)模块栈桥除尘方面。模块栈桥密闭性好，通风口均在顶部，煤尘容易积聚，建议采用雾化除尘设备，可每隔一定距离设喷头，煤尘将会得到有效控制。

(5)模块栈桥油漆颜色的选择。模块栈桥采用全钢结构，受热胀冷缩的影响比较明显，设计时一定要考虑相应的位移。为了将温度对栈桥的结构影响降至最低，设计建议采用单一颜色。

5 思考与展望

随着膜材料的国产化及施工技术的成熟，球仓及模块栈桥的总体造价必然会降低。这两项新技术一定会在国内拥有更广泛的市场，并积极推动仓储设施和输煤栈桥的发展，以此引发广大设计人员的新思考：

(1)球仓和模块栈桥设计技术的引入给我国选煤厂设计理念带来了革新。我国正在经历经济结构转型，人工成本会越来越高，高效化、智能化必将成为设计产品的主流，未来薄壳球仓和模块栈桥会有广阔的市场。

(2)球仓施工设备的研发。通过对球仓施工现场的观察，为提高施工速度，中煤邯郸设计公司拟开发新型球仓施工装备，有望将现有的施工工期缩小一半。

(3)漏斗的预制。目前球仓下的漏斗采用钢筋混凝土做成漏斗，内部填料量大，材料成本高，为降低施工成本、提高施工速度，设计可采用预制混凝土漏斗的方式，按照漏斗模具在工厂加工好，运至现场直接安装，可大大提高施工进度。

(4)模块栈桥型谱系列化。为了便于推广应用，应根据胶带宽度及是否采暖，开发单机栈桥型谱、双机栈桥型谱、三机栈桥型谱，形成系列化标准化产品。

参考文献：

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[6] 张 成，朱剑波，杜喜凯，等.气膜式球形煤仓施工过程有限元分析[J].河北农业大学学报，2015，38(3):119-123.

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[8] 赵家鹏.气膜薄壳钢筋混凝土结构施工技术研究[D].济南：山东大学，2015.

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[11] 殷 磊.一种新型带式输送机输煤栈桥的设计[J].煤炭加工与综合利用,2017(7):24-25，29.

[12] 万 瑜，古 莉，邱国志，等.模块化栈桥结构设计[C]//第十七届全国现代结构工程学术研讨会论文集.北京:《工业建筑》杂志社，2017:775-778.