煤仓堵塞机理与双曲线圆锥漏斗煤仓设计

【摘 要】本文探讨煤仓形式的选择与设计,给出了圆锥曲线漏斗参数计算公式,解决了煤仓堵塞问题.

【关 键 词】煤仓；漏斗；堵塞；圆锥曲线

0概述

随着生产集中化程度的提高,井下煤仓对调节井下生产起着越来越重要的作用,它一旦发生故障就会造成部分生产环节失控甚至全矿井生产的中断.结合肥城矿区下组煤生产,针对原煤中粉煤和末煤外在水分增多及粘结性增强,易造成仓内结拱堵塞事故的实际情况,我们对煤仓漏斗进行了设计探讨,并进行了实际应用,取得了较好效果.

1煤仓堵塞机理

煤仓堵塞受内、外因素综合影响.内因主要指煤的物理机械性质,如煤的品种、颗粒、水分和强度等,其中起决定作用的是煤的粒度组成,粒度组成不同,煤在仓内的压实度就不同,需要的漏斗断面及尺寸也不相同；外因指仓体功能设计因素,如仓体、漏斗的断面形状和尺寸、漏口的数目及倾角、仓体储煤的高度,煤仓四壁的光滑程度、卸载方式、储存时间对仓体煤的压实程度等.其中重要的因素是漏斗的断面形状、尺寸和仓体煤的压实度.通常,煤仓堵塞的内因相对稳定,因而外因就成了解决煤仓堵塞顽症的突破口.肥城局井下煤仓多以锥形直线漏斗为主,对流动性好的煤炭不易造成堵塞,但对流动性差的煤粉或末粉易造成结拱堵塞,因此,煤仓设计时必须着重考虑煤仓漏斗的结构形式和设计参数,优选出防堵方案.

2煤仓漏斗结构形式的选择

正确选择煤仓漏斗的结构,合理确定漏斗的断面形状和尺寸,是解决煤仓漏斗堵塞事故的主要措施.

2.1漏斗横断面

最常用的煤仓漏斗横断面有方形、长方形和圆形,前两种煤仓漏斗四角及仓壁交界处易挂细煤,影响仓内煤的流动,但施工简单；而圆形煤仓漏斗有利于煤的流动,不挂煤,通过能力大,但施工困难.

2.2漏斗纵断面

煤仓漏斗流动的纵断面有锥形直线漏斗和锥形曲线漏斗.前者结构简单,施工方便,对于流动性较好的煤来说,使用效果尚好；对于储存和排放具有一定水分和粘结性的粉煤,锥形直线漏斗经常容易造成堵塞现象,特别是原煤中粉煤和水分达到一定比例时,堵塞问题更为突出.而锥形曲线漏斗则可以有效地解决这个问题,使水分和粘结性强的煤炭顺利排放.究其原因,主要表现在以下两个方面：

（1）横断面的相对变化.锥形直线漏斗截面积收缩率沿煤流动的方向向下迅速加大.截面积收缩率的迅速加大,使煤炭颗粒相对移动和重新排列,造成煤炭颗粒之间产生摩擦阻力,并消耗能量,因而截面积收缩率越大,摩擦阻就越大.锥形曲线漏斗的截面积收缩率基本为一定值,称为等截面收缩率.由于锥形曲线漏斗的截面积收缩率比锥形直线漏斗小得多,呈等截面收缩率或近似等截面收缩率,摩擦阻力比直线漏斗可有较大幅度降低.

（2）漏斗仓壁摩擦因数的相对变化.煤与仓壁之间的摩擦阻力取决于摩擦因数〔η（U/A）〕的值.对于直线漏斗煤仓,因仓壁的倾斜率不变,因而是常数,所以摩擦因数因断面的缩小而增加,即煤与仓壁的摩擦力随漏斗横断面的缩小而加大.此外,由于漏斗下部阻力加大,而上部阻力减小,因而上部煤便对下部煤施加了附加阻力,附加阻力的加大,煤易在仓体内发生结拱堵塞.而对曲线漏斗因仓壁的坡度逐渐增加,摩擦因数的值比锥形直线漏斗小,所以摩擦阻力也小.由此可见,锥形曲线漏斗对煤仓内煤的流动状态、防止煤仓堵塞起着重要作用研究表明,锥形曲线漏斗的摩擦阻力为锥形直线漏斗的65%左右,减少了1/3,因此,对于含水分较大、有粘结性的粉煤,宜采用锥形曲线漏斗结构.

3圆锥曲线漏斗参数计算

3.1煤仓漏斗高度的计算

h等于D/2×tga0lnD/D1

式中：a0―起始角度,一般取50～55°；

D―漏斗上口直径,m；

D1―漏斗下口直径,m；

h―漏斗高度,m.

若设计煤仓D等于5m,D1等于0.8m,起始角a0等于55°（应大于煤的自然安息角）,则h等于D/2×tga0lnD/D1等于6.543m.

3.2漏斗曲线方程的计算

若将漏斗高度h分为7段,每段0.935m,由公式：

x等于D1/2×e×2y/Dtga0

分别计算出漏斗相应高度y时的圆半径x值,绘出曲线煤仓漏斗剖面图,见图1.

图1曲线煤仓漏斗剖面图

4应用效果分析

结合肥城矿区下组煤外在水分增多和粘结性增强的实际,在集团公司矿区内进行了圆锥曲线漏斗煤仓的设计与应用实践,对于粉煤和水分较高末煤的使用效果很好,大大降低了煤仓堵塞事故.据统计,使用圆锥曲线漏斗煤仓后的堵塞事故发生率比以往使用锥形直线漏斗煤仓降低了80%以上；同时,该设计形式也大大降低了煤仓的磨损程度,提高了煤仓的怎么写作年限,节约了煤仓的维检费用和事故处理费,减少了因疏通煤仓带来得不安全隐患,取得了明显的经济效益和社会效益.所以圆锥曲线漏斗煤仓是防止煤仓发生结拱堵塞事故的好途径.

[责任编辑：杨扬]