气膜煤棚的研究与应用

宋艳青

（山西华阳集团新能股份有限公司一矿选煤厂，山西 阳泉 045000）

山西华阳集团新能股份有限公司一矿选煤厂配煤站用于配置矸石和末煤混合的低热值煤，配煤站建筑面积4 521.8 m2，储煤的储煤场面积3960 m2。配煤站储煤场采用挡风抑尘墙和洒水降尘系统相结合方式进行简单的挡风抑尘，抑尘效果差，对周边造成环境污染。随着华阳集团一矿对环保工作的日益重视，为减少粉尘污染，改善周边环境，对配煤站储煤场取消煤炭露天存储方式，采取全封闭方式储存。

1 方案研究及制定

华阳集团一矿选煤厂配煤站储煤场拟采用成本低又环保的封闭式储煤场，经相关人员多次考察、研究后确定配煤站储煤场地形平整、规则，障碍物少，适合建造充气式气膜煤棚。

煤棚气膜选取PVDF 高分子复合膜制成，将空气压入气膜密封间隙内，保证气膜内部有合适的室内外压力差，气膜面受拉达到刚度要求，在保持形态同时，又能抵卸外部荷载。气膜在锚定后，配置合适的钢缆支承，充气后无梁无柱[1]，可以很好地利用有限空间，做到存储量最大化；膜结构建造成本低、工期短、施工安全。气膜煤棚具有耐高温、抗腐蚀、自身清洁能力强、透光性好等特点，比传统的钢结构工艺更加突出。

气膜煤棚由五部分组成：气承式膜结构建筑、落煤维护建筑、汽车通道、人员出入口以及相应配套的智能控制系统。智能控制系统包括通风系统、瓦斯监测监控系统（甲烷、一氧化碳、粉尘、温度）、视频安全监控系统、供电系统、洒水降尘和消防系统等。最大储煤量1.2 万t，资金投入2423 万元，4个月工期。

2 气膜煤棚方案实施

2.1 气膜材料选用

煤棚上部采用气膜结构，膜材选用白色聚酯纤维PVDF 复合材料，膜材经纬向抗拉强度达7000 N/5 cm，当温度、压力同时存在时，正常使用温度在-30～ +70 ℃[2]。膜材表面涂层采用聚偏二氟乙烯（PVDF）。聚偏二氟乙烯在高温时，对大多数酸及混合酸、卤素、弱碱、卤化溶剂、醇类、碳氢化合物、DI 水、盐、氧化剂等化学品有完全抵抗能力；对氯气、溴气这些高腐蚀性介质有耐化及高耐渗透性；膜涂层的特异理化性能使膜材耐磨损和抗冲击能力强；自清洁及透光性良好，透光率为7%～9%，透过膜材料的光线为自然散漫光，不产生阴影，不发生眩光；具有阻燃能力，膜材达到国家防火标准B1 级，燃烧时无滴漏，耐燃、耐高温性好；在各种恶劣环境中使用抗褪色和抗紫外线能力强，使用寿命可达15 a。

2.2 煤棚基础建筑结构

煤棚下部基础采用钢筋混凝土挡煤墙，落煤处为钢筋混凝土框架结构。挡煤墙高6 m，落煤处建筑高度12 m。工程除基础垫层为C15 外，其余部分混凝土均采用C30 现浇混凝土（混凝土的强度标准值具有＞95%的保证率）。型钢和钢板采用Q235钢。钢筋强度标准值具有＞95%的合格率。钢筋抗拉强度实测值和屈服强度实测值两者比值＞1.25，钢筋屈服强度实测值和强度标准值两者比值＜1.3。后砌墙采用M5.0 水泥砂浆砌MU10 煤矸石烧结砖，沿墙高每隔500 配置2 根Φ6 拉结钢筋与柱拉结，沿墙全长贯通。主体结构达到二级安全等级，二级耐火等级，丙类生产类别，正常情况下主体建筑结构使用50 a。气膜结构煤棚抗风荷载＞120 km/h，抗雪荷载＞97.5 kg/m2。图1 为气膜煤棚剖面图，图2 为气膜煤棚正面图。

图1 气膜煤棚剖面图（mm）

图2 气膜煤棚正面图（mm）

2.3 配套智能控制系统

气膜煤棚内配备有通风、供电、瓦斯监测监控（甲烷、一氧化碳、温度、粉尘）、视频安全监控、洒水降尘和消防等智能控制系统。

通风系统：安装7 台风机，每台风机每小时的送风量5 万m3，达到0.5 h 更新新风标准。煤棚内瓦斯浓度＜0.5%，达到安全生产标准。

供电系统：通风设备用电负荷二级，消防用电负荷二级，其他用电负荷三级，380 V/220 V 供电电压，TN-S 形式系统接地。工程用电总容量为470 kW。新建10 V/0.4 kV 配电室及300 kW 柴油机房各一座，储煤场风机控制均安装在柴油发电机房控制室，供电线路采用双电源加柴油发电机房应急电源供电方式，双电源引至选煤厂10 kV 场地配电室10 kV 侧不同母线段。消防控制设备安装在配电室联建控制室。供照明进线采用NHYJV22 型电缆，储煤棚内照明回路电缆采用NHYJV 电缆，主要控制电缆采用MKVV-450/750 电缆。储煤棚内设备均采用防爆型。

瓦斯监测监控系统（甲烷、一氧化碳、温度、粉尘）和视频安全监控系统[3]：这两部分配套设施要求与矿井现有的地面瓦斯监测监控系统和视频安全监控系统相匹配。

洒水降尘和消防系统：设置自动洒水降尘和自动消防炮系统，室内设置消防炮系统，室外设环形消防通道，符合国家设计规范，达到使用功能。

2.4 气膜煤棚优点

（1）气膜煤棚采用斜向网状钢缆固定，安全可靠；气膜透光性好，白天可以不使用照明，节约电能；膜材料可回收利用，不污染环境；气膜的加工及制作在工厂完成后送到现场，安装速度快，且施工不受季节限制[4]。

（2）气膜煤棚与传统钢结构性能比较见表1。

表1 气膜煤棚与传统钢结构性能比较

华阳集团一矿选煤厂利用气膜煤棚对配煤站储煤场封闭后，有效抑制了粉煤遇风飞扬、遇水流失的现象，改善了周边环境。

3 结语

气膜煤棚上部采用气膜结构，自重轻；成本低，同等条件下比传统的钢结构节省费用约20%～30%，且规模越大，优势越明显，大大减少煤矿企业在大容量煤棚建设过程中的投资；施工周期短；可达到国家节能环保标准。使用气膜煤棚既经济合理又环保节能，安全性高，储煤量大，在煤炭企业环保工作中可以得到很好的推广应用。