混凝土储煤筒仓的常见病害及修复

莘勇刚，宋振业，汤青青，陈 田，丁 一

(1.平庄能源股份有限公司 西露天煤矿，内蒙古 赤峰 024000；2.固瑞恩科技有限公司，北京 100010)

煤炭产品的储存主要有露天堆场堆放、料棚堆放、筒仓存放几种形式。由于筒仓存放对煤质影响小、粉尘污染小、进出料方便等优点，逐渐被广泛采用，成为煤矿、选煤厂、电厂等主要煤炭储存设施。储煤筒仓多为圆柱或方柱形，底面呈漏斗状，以便煤炭在中间放料口放出。

储煤筒仓在实际使用过程中，因为各种因素导致了部分筒仓逐渐出现了一些病害，常见的病害有煤仓本体结构被破坏、煤仓内衬结构被破坏、煤仓积料、放料困难、易堵塞等。

1 筒仓本体破坏及修复

1.1 储煤筒仓本体破坏原因

储煤筒仓尤其是早期的储煤筒仓，由于各种因素导致部分筒仓混凝土结构存在“蜂窝”、“狗洞”等缺陷；在使用过程中，筒壁受力极为复杂，在仓内煤的侧向压力、温度应力、上部传来的各种使用荷载甚至地震作用下，承受着巨大的环向压力[1]；高腐蚀性的环境对筒仓混凝土结构也具有很强的侵蚀作用；由于开采加工过程中煤炭往往具有较高的含水率，冻融循环作用会使混凝土结构劣化；煤仓失火、机械撞击等事故的发生也会对煤仓结构造成破坏。

1.2 储煤筒仓本体破坏常用修复方法

储煤筒仓的破坏形式有多种，需要根据现场具体情况和设计要求选择合适的加固方法。储煤筒仓主要加固方法有：增大截面加固法、置换混凝土加固法、体外预应力加固法、外包型钢加固法、粘贴钢板加固法、粘贴碳纤维复合材加固法、预张紧钢丝绳网片—聚合物砂浆面层加固法等[2]。在钢筋混凝土结构表面涂刷渗透迁移型阻锈剂可有效防止侵蚀介质对钢筋的侵蚀，对钢筋混凝土结构起到防护作用。

(1)采用增大截面加固法时，新增截面部分可用现浇混凝土、自密实混凝土或喷射混凝土浇筑而成，也可用掺有细石混凝土的水泥基灌浆料浇筑而成。原构件混凝土表面应经处理，设计文件应对所采用界面处理方法和处理质量提出要求。一般情况下，除混凝土表面应予打毛外，尚应采取涂刷界面结构胶、种植剪切销钉或增设剪力键等措施，以保证新旧混凝土共同工作。

(2)置换混凝土加固法适用于承重构件受压区混凝土强度偏低或有严重局部缺陷的局部加固。采用置换混凝土法加固梁式构件时，应对原构件加以有效支顶；加固柱、墙等构件时应对原结构、构件在施工全过程中的承载状态进行验算、观测和控制，置换界面处的混凝土不应出现拉应力，当控制有困难，应采取支顶等措施进行卸荷。GOUK-CGM系列灌浆料具有流动度大、早强、高强、微膨胀等特点，1 d强度可达20 MPa以上，28 d强度最高可达100 MPa以上。低温早强型灌浆料还可以用于低温环境施工，满足冬季施工需要。固瑞恩科技有限公司(以下简称固瑞恩公司)曾在罐子沟煤矿采用置换法对储煤筒仓部分松散漏水的混凝土结构进行加固，取得了良好效果。

(3)体外预应力加固法可采用无粘结钢绞线、普通钢筋作为下撑式拉杆，也可采用型钢作为预应力撑杆。其中无粘结钢绞线适用于连续梁和大跨简支梁的加固，普通钢筋适用于一般简支梁的加固，型钢适用于柱的加固。体外预应力方法对钢筋混凝土结构、构件进行加固时，其原构件混凝土强度等级不宜低于C20，且不适用于素混凝土构件的加固。固瑞恩公司曾在高头窑煤矿对储煤筒仓采取体外预应力加固法进行加固。

(4)外包型钢加固法，按其与原构件连接方式分为外粘型钢加固法和无粘结外包型钢加固法，适用于需要大幅度提高界面承载能力和抗震能力的钢筋混凝土柱及梁的加固。

(5)粘贴钢板加固法适用于对钢筋混凝土受弯、大偏心受压和受拉构件的加固，不适用于素混凝土构件。被加固的混凝土结构构件，其现场实测强度不低于C15，且混凝土表面的正拉结粘结强度不得低于1.5 MPa。

(6)粘贴纤维复合材加固法适用于钢筋混凝土受弯、轴心受压、大偏心受压及受拉构件的加固，不适用于素混凝土构件。被加固的混凝土结构构件，其现场实测强度不低于C15，且混凝土表面的正拉结粘结强度不得低于1.5 MPa。粘贴在混凝土构件表面的纤维复合材不能直接暴露于阳光或有害介质中，其表面应进行防护处理。

(7)预张紧钢丝绳网片—聚合物砂浆面层加固法适用于钢筋混凝土梁柱墙等构件的加固，也不适用于素混凝土构件，被加固的混凝土结构构件，其现场实测强度不低于C15，且混凝土表面的正拉结粘结强度不得低于1.5 MPa。采用该方法进行加固时，应将网片设计成仅承受拉应力作用，并能与混凝土变形协调、共同受力。GOUK-X系列高强聚合物砂浆具有早强、高强、高抗折、高抗压、耐久性好的特点，与基层间有优良的粘接能力，可用于预张紧钢丝绳网片—聚合物砂浆面层加固法施工，也可以用于砖墙加固，已成功应用于多个建构筑物加固及修补项目。

除这几种方法外，储煤筒仓加固常用方法还有预应力碳纤维复合板加固法、增加支点加固法、裂缝修补技术等。储煤筒仓结构破坏涉及结构安全问题，必要时需要先对破坏的结构进行安全鉴定，根据鉴定结果和设计要求进行加固方案编制。

1.3 储煤筒仓耐久性防护

储煤筒仓混凝土结构所处环境腐蚀性强，经长时间使用后，混凝土会逐渐劣化失去对内部钢筋的保护，钢筋锈蚀导致承载力降低，同时钢筋锈蚀膨胀也会导致混凝土开裂甚至脱落，造成巨大安全隐患。针对钢筋混凝土内部钢筋在恶劣环境下容易锈蚀的问题，固瑞恩公司与中国建筑科学研究院联合研制了迁移渗透型密封阻锈剂[3]。将该阻锈剂涂刷在混凝土表面后，它会以液态和气态形式渗入混凝土中，其中的阻锈成分可抵达保护层下钢筋表面并形成阻锈膜，抑制钢筋阳极和阴极反应，阻止锈蚀发展；一些基团通过竞争吸附将钢筋表面的氯离子排出，起到修复锈蚀钢筋的作用；在渗入过程中有些基团与水泥水化产物反应形成水不溶物，牢固的吸附在混凝土表面和毛细孔道中形成防水层，有效防止渗入的阻锈剂挥发以及水分、氯离子等有害物质的侵入。

2 筒仓耐磨层破坏及修复

由于煤炭进出仓过程中对仓壁的冲击和摩擦作用，仓壁很容易损坏，目前多采用加装内衬的方法对仓壁进行保护。

2.1 常用耐磨层及特点

常用内衬材料有铸石板、压延微晶板、陶瓷板、铁屑砂浆、铁屑混凝土、铁钢砂砂浆、铁钢砂混凝土、高分子板材、不锈钢板等。

陶瓷板用无机或有机粘合剂粘结，并用螺栓固定；铸石板和压延微晶板用呋喃胶泥粘结、拼装而成。陶瓷板、压延微晶板、铸石板具有强度高、抗磨性能好的特点。但这3种无机板材本身较脆，抗冲击性能差，在煤炭冲击和摩擦作用下经常出现整块破碎的现象；由于有机粘结材料存在老化现象，板材与原筒仓壁也很难做到满粘，经常出现大片脱落。

铁屑砂浆及铁钢砂砂浆采用抹灰的方式抹到筒仓壁上，铁屑混凝土及铁钢砂混凝土采用支模浇筑的方式敷贴于筒仓内壁，抗冲击性优于陶瓷板、压延微晶板及铸石板，但抗磨性及强度相对较低，而且存在锈蚀隐患，对基层混凝土的耐久性不利。

高分子板材类内衬材料包括聚氨酯板、聚乙烯板、尼龙板及橡胶板等，采用粘合剂粘结或用螺栓固定于筒仓内壁。高分子材料抗冲击性能较好，但4种高分子材料耐磨性均较差，阻燃性差，容易引起火灾。

不锈钢板采用螺栓连接或者焊接方式固定于筒仓内壁，具有耐磨性好，抗冲击性能好，耐高温的优点，但成本较高。

2.2 高强抗磨料耐磨层

铸石板和微晶板作为一种传统的耐磨板材，其硬度和耐磨性能都非常好，但是材料本身比较脆，采用树脂胶泥粘贴到混凝土仓壁后，受到物料冲击时容易出现碎裂脱落等问题，如图1和图2所示。万宇[4]，原思海[5]，许志鹏[6]等介绍了JYM系列高强抗磨料在储煤筒仓内衬抗磨层中的应用。该材料是由中国建筑科学研究院与固瑞恩公司联合研发的一种水泥基高强抗磨材料，其耐磨性与铸石板、压延微晶板和陶瓷板相当，抗冲击性能优于铸石板、压延微晶板和陶瓷板，可以长时间承受煤炭的摩擦和冲击而不出现碎裂和脱落如图3和图4所示。并且作为水泥基材料，不存在防火问题，同时具有高强、高韧性、抗冲击、不空鼓、不脱落等优点，可用于新建煤仓内衬抗磨层，也可以用于既有煤仓的内衬改造和修补。采用该材料作为储煤筒仓内衬成本略高于铁屑砂浆和铁钢砂混凝土，但低于铸石板、压延微晶板、陶瓷板、不锈钢板和高分子板成本。施工过程中，为保证抗磨层与原有混凝土基层良好粘结，形成有机整体，需要采取基层处理、增加锚固钢筋网片、涂刷界面剂等措施。主要施工流程为：基层处理—铺设钢筋网—涂刷界面剂—抗磨料搅拌—抹灰—压光—养护。该处理方法自2006年推出以后，已成功应用于平煤七星选煤厂、神华大柳塔选煤厂、国投哈密一矿选煤厂等近300个煤仓耐磨修复项目，已完工项目最长已经应用15 a之久，取得了良好效果。

图1 铸石板受冲击时大块脱落

图2 铸石板受冲击时碎裂

图3 高强抗磨料抗冲击性能试验

图4 高强抗磨料受冲击后表现为面层的冲击磨损

3 末煤仓堵仓及处理

3.1 储煤筒仓堵塞原因分析

潮湿的末煤容易粘附在仓壁上，在仓壁上形成突起，影响下料；块煤也容易堆积在储煤筒仓漏斗斜坡与竖直仓壁结合部位，越积越多，末煤填充于块煤间隙，在上层煤炭挤压作用下堆积紧密，最终造成放料困难，煤仓堵塞，部分工况下还会引发煤的自燃。

3.2 常用防止堵塞措施

李金龙等[7]在分析煤仓堵塞机理的基础上分析了几种防堵措施，主要有加大漏斗倾角法、双曲线漏斗法、预设空气炮、加装破拱帽、改变漏斗内衬材料、选择合理的煤仓下口尺寸等。加大漏斗倾角法配合定期清洗煤仓仓壁可以有效改善煤仓堵塞，但经常清理对煤仓的正常使用有很大影响；双曲线法虽然有效但煤仓容积损失较大；煤仓下口尺寸受到接料装置尺寸制约；空气炮法曾在田庄选煤厂试用，但由于一次疏通面积较小，一旦不能一次破开，再次放炮将使原有积煤振得更加密实，堵塞更加严重[7]。因此这些措施均需要配合改变漏斗内衬材料性能进行应用，田庄选煤厂曾采用内壁粘贴铸石板，抹铁砂混凝土，内衬不锈钢板等措施，均未取得理想效果[8]。超高分子内衬具有优良的表面性能，但存在失火隐患。

3.3 憎水自润滑型高强抗磨料

针对末煤粘附堆积造成放料口堵塞的问题，固瑞恩公司与中国建筑科学研究院联合开发了憎水自润滑型的高强抗磨料，并结合筒仓具体情况，形成了一套成熟的解决方案。憎水自润滑型高强抗磨料强度更高、吸水率更低，强度可达混凝土储煤筒仓本体结构混凝土强度的2～3倍，吸水率仅为普通混凝土的1/3～1/4，优良的憎水特性和自润滑特性，使筒仓斜壁不易被水润湿，降低了潮湿的末煤和筒仓耐磨层之间的粘附，从而避免或改善放料口的堵塞问题。该方案目前已经在神华准能哈尔乌素选煤厂，华能集团高头窑煤矿等多个煤矿筒仓中进行了实际应用，效果非常明显。

4 结 语

通过增大截面加固法、置换混凝土加固法、体外预应力加固法、外包型钢加固法、粘贴钢板加固法、粘贴碳纤维复合材加固法、预张紧钢丝绳网片—聚合物砂浆面层加固法等方式对混凝土储煤筒仓进行加固，可以增加结构承载力，提高混凝土储煤筒仓的使用年限；迁移渗透型密封阻锈剂可以有效防止混凝土筒仓结构中钢筋锈蚀；混凝土储煤筒仓内衬JYM高强抗磨料能够有效保护筒仓仓壁，解决压延微晶板、铸石板及陶瓷板的破碎脱落问题，也能避免高分子内衬造成的火灾隐患；憎水自润滑型高强抗磨料除具备高强、高韧性能外还具有憎水自润滑功能，可以有效降低末煤的粘附，从而避免或改善放料口堵塞。