水泥输送空气斜槽在大坡度长隧道中的应用

陈顺惠

摘 要：针对宝鸡至坪坎高速公路秦岭特长隧道施工特点，重点介绍了该隧道大坡度长距离通风斜井应用水泥输送空气斜槽将散装水泥成功输送到井下的方法和工艺、设备造型、设备现场优化布置及具体实践中总结经验教训，研究成果可为类似条件下的大坡度长距离斜井隧道工程水泥输送提供借鉴和经验。

关键词：水泥输送;空气斜槽;大角度

中图分类号：U455 文献标识码：A

1 概况

陕西宝坪高速穿越秦岭主山脊，全长15.5 km，其建设规模（双向六车道）目前居世界第一，是全线控制性工程。随着正洞施工掘进，为保证隧道内混凝土的及时供应，项目在隧道正洞内设碎石加工厂、75型型拌合站。而水泥如何顺利从工业厂地通过斜井运输到洞内拌合站，成为项目面临亟待解决的重大难题。传统方法将袋装水泥采用有轨矿车运输到洞内。这种方法耗费了大量的人工、占用了矿车运输时间，并且在材料转运尤其是拌合站上料中，易造成大量的材料浪费，并且污染环境。因此，需要探索一种新的适用方法。

2 具体的方法和工艺

空气输送斜槽是用于倾斜向下输送干燥粉状物料的连续式气力输送设备。输送物料时，物料由高端喂入斜槽上料侧，同时由压力式风机在底层吹入压缩空气。压缩空气通过密布孔隙的透气层将物料颗粒流态化后在透气布上流态化向前移动。达到了水泥从一侧输送到目的地的效果。

目前空气输送斜槽方式大多在水泥厂应用，但在输送条件上要求较为严格：斜槽的布置形式为沿着物料的输送方向倾斜向下布置，斜度一般为3%～6%，输送距离一般30 m～100 m。针对我项目斜井现场条件斜度40%，运输长度900 m实际情况，传统工艺方式无法使用，必须重新进行规划设计才能满足使用要求。

2.1 空气输送斜槽指标参数计算

2.1.1 空氣输送斜槽的输送能力

斜槽输送能力按下式计算：

Q=0.98×3600S.v. ρ

式中：Q—输送能力，t/h;

S—物料截面面积，m2;

v—物料的流动速度，m/s;

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

0.6 t/m3;充气粉煤灰0.7 t/m3～1.0 t/m3。）

根据实际情况，考虑富裕因素，Q值取556 t/h。

2.1.2 空气输送斜槽的耗气量

空气输送斜槽的耗气量可按下式度算：

V=60BLa

式中：V—耗气量，m3/min;

B—斜槽宽度，mm;

L—斜槽长度，mm;

a—单位面积耗气量，m3/m2透气层·min（通常按1.5 ～3 m3/m2透气层·min）。

经计算，V取值为90 m3/min。

2.1.3 空气输送斜槽的空气压力

空气输送斜槽水泥输送需要的风压，应能够克服阻力要求并且保证水泥正常流动。风压一般为4 000 Pa～6 000 Pa。输送距离长时取较高值，取上限值。

2.2 空气输送斜槽的选型

（1）标准槽：斜槽的主要构成部份，其长度为3 m。（2）压入式风机。根据用气量计算，风机选型为KJS-3 kw轴流风机，每间隔20 m～25 m安装一台，共计安装35台。（3）进料溜管：根据安装现场实际位置情况，便于传送机传递物料。进料溜管位置可以适当进行调整。（4）端盖板：用于斜槽高端的密封堵板。（5）截气阀：在斜槽的部分停用或者需要大功率风量带去水泥时，可关闭截气阀，达到节省动力目的。（6）透气层：选择采用织物透气层。达到隔水泥但不隔压缩空气的效果，保证水泥的正常传输。（7）斜槽排风口：保证压缩空气能正常外排，在斜槽腔体内形成空气流动。（8）窥视窗：作于观察物料流动情况。现场切割焊接在入料口后的2 m～3 m处便于观察的一侧。

2.2.1 洞口周转水泥储存仓

在洞口处设计周转水泥储存仓，便于将洞外运输水泥罐车内水泥转入仓内临时存放，并经过星形卸料器将水泥传送到斜井空气输送斜槽内，储存仓容量设计为5 t。星型卸料器的结构由带有六片叶片的转子叶轮、壳体、密封件及减速器、电动机等组成，位于水泥储存仓的底部。当储存仓内的水泥靠自重落下在叶片之间时，随叶片的旋转而正常供料，星型卸料器的速度即给料量可以通过减速器进行调节，达到连续卸料效果。

2.2.2 斜井洞底设计吹袋式除尘器

吹袋式除尘器配合卧式储存仓将水泥有效进行收集，通过水平螺旋输送和倾斜螺旋输送将水泥输送到洞内提前放置的水泥罐车中，由水泥罐车将水泥打入洞内拌合站水泥储存罐内。吹袋式除尘器编程序PLC脉冲控制仪发出信号，电磁脉冲阀动作，经安装在袋口的引射喷嘴吸入大量空气进入滤袋，将空气释放，隔滤的水泥粉尘落入卧式储存罐体内。除尘器的清灰控制采用时间、压差、混合三种方式，自动和现场手动两种控制方式。正常情况下，除尘器在收到主风机的运行信号后，进入自动控制程序。

根据输送能力计算选用容量20方除尘罐。罐体内在0.5 m和1.2 m处各设置有附着式振动器，防止水泥堆积造成不均匀分布。在罐体内1 m和2 m处分别设置物料指示报警器，避免出现水泥储存仓满而外溢现象。1.2 m式滤袋设计45个，达到排风量85%能力要求。经过详细计算，结合现场使用条件综合分析，设备选型和布置如下图所示：

3 具体实践应用中注意事项

（1）水泥输送前，先通风后通水泥，确保通风在10 min以上，以确保斜槽和除尘器内无积压水泥。专业技术人员对整体设备进行检查，尤其对于空气压缩风机做重点检查，检查是否运转正常，有无反转现象。

（2）空气输送斜槽使用时每隔100 m需要一名工人进行巡视。重点通过可视窗口观察水泥流动情况。对于计算时间内水泥未正常流动情况，立即停止输送，待检查无故障后再能水泥，防止局部水泥聚集造成堵塞现象。水泥输送过程中，采用钢管对斜槽进行敲击，防止局部水泥附着。

（3）卧式水泥除尘器和洞内水泥罐车监视人员要集中精力，出现水泥量超过刻度线要及时停机，防止水泥外溢和除尘器损坏。

（4）使用完毕后，要持续通风10 min，减少水泥附着。

（5）斜槽停止合作超过一周，要间断进行通风，以免斜槽内水分积聚造成潮湿，影响下次水泥输送正常使用。

（6）现场做好防潮工作。对于洞外储料仓和隧道滴水段落，采用不透水材料进行覆盖。以免水泥受潮湿影响正常流动。

4 技术、经济效果及推广价值

在大坡度斜井辅助正洞施工过程中，大坡度长距离（900 m）斜井水泥输送斜槽有成功使用，有效的解决了隧道内拌合混凝土材料供给上的问题，降低轨道运输的安全风险，提高了轨道出渣效率，有效的保障了隧道的施工进度。散装水泥运输实行全程封闭，袋式除尘器能有效进行除尘或水泥收集，对环境保护、节能减排有着非常重要的意义。

随着新工艺日益推广应用，新设备的不断投入，选择科学配套的机械设备变得更为重要。通过实践证明根据斜井的断面尺寸、坡度、长度及需要承担的任务等因素综合考虑选用合理的设备是减少工程投资，缩短工期的重要因素。对于类似有轨运输斜井隧道，水泥输送斜槽的使用具有很好的推广价值。

参考文献：

[1]《空气输送斜槽的技术性能和使用手册》，2005.

[2]《空气输送斜槽输送粉状物料-中国振动机械网》，2012.