运用空气炮防煤仓堵塞方法理论探析

运用空气炮防煤仓堵塞方法理论探析
单位：雁南矿机运队
作者：田利
日期：2010.3.20
运用空气炮防煤仓堵塞方法理论探析
作者：田利
摘要：煤仓堵塞时采用炸药崩仓存在着危险性大、处理速度慢等缺点，为降低安全生产事故几率，加快生产进程，本人结合雁南矿安全生产实际情况，提出采用空气炮处理煤仓堵塞。

针对煤在仓内流动的两种主要状态，进行了仓内物料的受力分析，介绍了空气炮在煤仓防堵中的有效应用；同时还分析了空气炮的工作原理，提出了空气炮的安装过程。

关键词：炸药煤仓堵塞空气炮
一、前言
雁南矿主井煤仓由于煤质水分大、仓内滞留起拱等原因，经常发生煤仓堵塞，堵塞后采用炸药爆炸的方法，不仅给安全带来极大的隐患，也严重地影响煤矿正常生产。

要改善煤仓内原煤的流动性，以安全、节能、迅速的方法破除煤仓起拱、堵塞、粘仓，保持生产过程的连续性，就必须设置先进、理想的破拱助流装置。

空气炮是以突然喷出的压缩气体的强烈气流，以超过一马赫(音速)的速度直接冲入贮存散体物料的闭塞故障区，这种突然释放的膨胀冲击波，克服了物料静摩擦，使容器内的物料又一次恢复流动．它是利用空气动力原理，工作介质为空气，由差压装置和可实现自动控制的快速排气阀、瞬间将空气压力能转变成空气射流动力能，可以产生强大的冲击力，具有结构简单、冲击力大、安全、节能、自动控制、操作简单、不损伤仓斗等优点，是目前最理想的破拱助流装置，同时也能更有效地促进安全生产。

二、煤仓堵塞的原因分析
要想搞清楚煤仓堵塞的原因，就必须先了解煤在仓中的流动原理。

煤在仓内的流动是由它自身的重力引起的，其运动状态主要有两种：
1、整体流(图1(a))
整个仓内的物料同时从各自的位置流向卸料口，称整体流，这是仓内物料
流动最理想的状态。

2、管状流(图1(b，c，d))
在煤仓中心部位有相当于卸料口大小的物料呈柱状向卸料口运动，其他区域是处于停滞状态。

这种状态使煤仓有效容积相对减少，同时增加煤仓卸料时物料的粘结、起拱，形成煤仓堵塞。

直立煤仓的底部漏斗结构，一般是向斗口收缩的正方锥形或圆锥形，横截面由上而下逐渐缩小，截面收缩率从上至下很快地增大，当煤仓漏斗闸门打开流动开始时，贮存在仓内的煤粒由于自重的作用，克服阻力向下流动。

在煤流下降流动过程中，每下降一个微小的高度，煤颗粒均要重新排列，煤颗粒的原有层面呈不均匀下降，以适应截面收缩的变化。

由于截面收缩率的增大，煤愈接近斗口，挤压错动愈大，加之煤的粘结作用(在一定范围内，煤的粘结力与煤的含水率成正比)，煤流的内外摩擦力也急剧增大，当各种阻力的影响使煤颗粒原有层面破坏到一定程度时，便导致产生管状流；当仓内各种阻力增大到超过煤粒自重作用的垂直净压力时，煤流中断，形成拱形堵塞，流动完全停滞。

结拱的位置一般在煤仓下口上方约2m的地方。

影响煤仓堵塞最根本的原因还是煤本身的特性与煤仓几何形状对物料流动的适应性。

3、煤仓物料受力分析
从回采工作面出来的煤水分大、杂质多，煤的粘结性强、流动性差，当它在重力作用下，呈漏斗状从仓口排出时，煤流的形状是与卸料口尺寸大致相当的柱状体(图2)。

在这个柱状体内，煤受重力作用而产生的剪切力S必须大于使
煤固化的煤内摩擦力F才能流动。

而剪切力与煤对仓壁的摩擦、煤内摩擦以及煤仓漏斗锥角有关。

当这些因素确定后，剪切力的分布取决于煤的深度。

图2是煤仓内剪切力S，摩擦F，侧压力P的分布图，在A点有S＝F，此处即结拱的临界点。

三、空气炮的工作原理
空气炮的工作原理是：当原煤仓发生堵塞时，快速打开空气炮储气罐的阀口，让罐内的压缩空气形成高速喷出的强烈气流，以超过一马赫的速度直接冲贮存散体煤的闭塞故障区。

这种突然释放的膨胀冲击波克服了煤的静磨擦而形成的起拱或粘壁，使煤仓内的煤得以恢复重力流动，从而保证原煤输送和生产的连续性。

空气炮的操作十分灵活，可采用手动、气动单个控制；电控单个、成组放炮；定时自动放炮等控制方法。

操作时先打开手动球阀，气体便自动进入炮体，需要放炮时，按一下起动按纽，给换向阀一个脉冲电信号或气信号。

空气炮即通过排气口喷出强大冲击气流，能量释放后自动恢复充气状态，随时可完成第二个工作循环。

空气炮的手动操纵是靠操纵按纽或利用换向阀上的小手把完成的，自动控制系统靠空气炮自动控制仪执行。

控制系统也可以采用可编程控制器，对整个工艺系统进行控制。

运行人员依据操作面板上的按纽，对空气炮系统进行顺序控制，也可对单个空气炮进行单独操作，一个安全自动化的系统，是为了操纵许多空气炮，可以无人看管。

操作人员启动运行后，自动控制系统编制的程序由空气炮自动控制仪发出信号开始启动第一台空气炮；系统延迟一定时间后，启动第二台空气炮，直至全部启动，相应的空气炮启动后，系统延迟一定时间再开始下一个循环控制，所有延迟时间均可在线随时调整。

控制装置具有手动控制功能，操作人员切换至手动后，由操作人员手动启动各个快排阀，相应空气炮启动。

具体而言本控制系统具有三种控制方式：程控自动方式：可实现时间顺序控制和条件反射控制，并可实现设备开启与关闭的时间设定操作功能，使操作人员可根据实际情况灵活控制各设备的开启与关闭时间，使之达到最好效果。

微机软手操作：操作人员在远方微机通过网络，用鼠标（或键盘）可对每一个参与程控的设备的开启或关闭，进行一对一手动操作。

就地硬手操作：是就地在控制柜上通过操作按钮进行。

四、空气炮的安装过程
从煤仓结构分析及现场考察，一般来讲最易起拱、堵塞的部位在垂直煤仓壁与锥型料斗结合部至下部，所以布炮重点也应在此范围。

针对各种情况在容易起拱处按角度分层次布置空气炮若干台，组成一个操作系统进行工作。

一般来讲，布炮的层距为0.9－1.5米，间距为5米左右交错配备。

空气炮采用法兰连接，重量轻，安装自由度较大，所以可方便使用索具螺旋扣或钢缆吊挂在附近的混凝土、金属等构件上，也可以放在平台或地面上，只要安全可靠、检修方便即可。

安装时应尽量设法减少排气管气流阻力，以减少能耗。

空气炮排气口应朝下，以防炮口进入污水、杂物而影响效果。

空气炮体上的放水塞应向下，能最大限度地放出炮体内的水分。

1.喷管
2.拉杆
3.贮气罐
4.电磁阀
5.进气管
6.三通
7.单向阀
8.自控箱
9.油雾器10.球阀
参考文献：〔1〕GB150-1998 大仓压力容器〔S〕〔2〕沈阳阀门研究所. 阀门设计〔Z〕. 沈阳阀门研究所,1976 〔3〕曾丹苓、敖越等合编.工程热力学. 高等教育出版社,1986
作者简介：田利男大专电子工程助理工程师技术员雁南矿机运队。