氣膜煤棚的研究與應用

宋艷青

（山西華陽集團新能股份有限公司一礦選煤廠，山西 陽泉 045000）

山西華陽集團新能股份有限公司一礦選煤廠配煤站用于配置矸石和末煤混合的低熱值煤，配煤站建筑面積4 521.8 m2，儲煤的儲煤場面積3960 m2。配煤站儲煤場采用擋風抑塵墻和灑水降塵系統相結合方式進行簡單的擋風抑塵，抑塵效果差，對周邊造成環境污染。隨著華陽集團一礦對環保工作的日益重視，為減少粉塵污染，改善周邊環境，對配煤站儲煤場取消煤炭露天存儲方式，采取全封閉方式儲存。

1 方案研究及制定

華陽集團一礦選煤廠配煤站儲煤場擬采用成本低又環保的封閉式儲煤場，經相關人員多次考察、研究后確定配煤站儲煤場地形平整、規則，障礙物少，適合建造充氣式氣膜煤棚。

煤棚氣膜選取PVDF 高分子復合膜制成，將空氣壓入氣膜密封間隙內，保證氣膜內部有合適的室內外壓力差，氣膜面受拉達到剛度要求，在保持形態同時，又能抵卸外部荷載。氣膜在錨定后，配置合適的鋼纜支承，充氣后無梁無柱[1]，可以很好地利用有限空間，做到存儲量最大化；膜結構建造成本低、工期短、施工安全。氣膜煤棚具有耐高溫、抗腐蝕、自身清潔能力強、透光性好等特點，比傳統的鋼結構工藝更加突出。

氣膜煤棚由五部分組成：氣承式膜結構建筑、落煤維護建筑、汽車通道、人員出入口以及相應配套的智能控制系統。智能控制系統包括通風系統、瓦斯監測監控系統（甲烷、一氧化碳、粉塵、溫度）、視頻安全監控系統、供電系統、灑水降塵和消防系統等。最大儲煤量1.2 萬t，資金投入2423 萬元，4個月工期。

2 氣膜煤棚方案實施

2.1 氣膜材料選用

煤棚上部采用氣膜結構，膜材選用白色聚酯纖維PVDF 復合材料，膜材經緯向抗拉強度達7000 N/5 cm，當溫度、壓力同時存在時，正常使用溫度在-30～ +70 ℃[2]。膜材表面涂層采用聚偏二氟乙烯（PVDF）。聚偏二氟乙烯在高溫時，對大多數酸及混合酸、鹵素、弱堿、鹵化溶劑、醇類、碳氫化合物、DI 水、鹽、氧化劑等化學品有完全抵抗能力；對氯氣、溴氣這些高腐蝕性介質有耐化及高耐滲透性；膜涂層的特異理化性能使膜材耐磨損和抗沖擊能力強；自清潔及透光性良好，透光率為7%～9%，透過膜材料的光線為自然散漫光，不產生陰影，不發生眩光；具有阻燃能力，膜材達到國家防火標準B1 級，燃燒時無滴漏，耐燃、耐高溫性好；在各種惡劣環境中使用抗褪色和抗紫外線能力強，使用壽命可達15 a。

2.2 煤棚基礎建筑結構

煤棚下部基礎采用鋼筋混凝土擋煤墻，落煤處為鋼筋混凝土框架結構。擋煤墻高6 m，落煤處建筑高度12 m。工程除基礎墊層為C15 外，其余部分混凝土均采用C30 現澆混凝土（混凝土的強度標準值具有＞95%的保證率）。型鋼和鋼板采用Q235鋼。鋼筋強度標準值具有＞95%的合格率。鋼筋抗拉強度實測值和屈服強度實測值兩者比值＞1.25，鋼筋屈服強度實測值和強度標準值兩者比值＜1.3。后砌墻采用M5.0 水泥砂漿砌MU10 煤矸石燒結磚，沿墻高每隔500 配置2 根Φ6 拉結鋼筋與柱拉結，沿墻全長貫通。主體結構達到二級安全等級，二級耐火等級，丙類生產類別，正常情況下主體建筑結構使用50 a。氣膜結構煤棚抗風荷載＞120 km/h，抗雪荷載＞97.5 kg/m2。圖1 為氣膜煤棚剖面圖，圖2 為氣膜煤棚正面圖。

圖1 氣膜煤棚剖面圖（mm）

圖2 氣膜煤棚正面圖（mm）

2.3 配套智能控制系統

氣膜煤棚內配備有通風、供電、瓦斯監測監控（甲烷、一氧化碳、溫度、粉塵）、視頻安全監控、灑水降塵和消防等智能控制系統。

通風系統：安裝7 臺風機，每臺風機每小時的送風量5 萬m3，達到0.5 h 更新新風標準。煤棚內瓦斯濃度＜0.5%，達到安全生產標準。

供電系統：通風設備用電負荷二級，消防用電負荷二級，其他用電負荷三級，380 V/220 V 供電電壓，TN-S 形式系統接地。工程用電總容量為470 kW。新建10 V/0.4 kV 配電室及300 kW 柴油機房各一座，儲煤場風機控制均安裝在柴油發電機房控制室，供電線路采用雙電源加柴油發電機房應急電源供電方式，雙電源引至選煤廠10 kV 場地配電室10 kV 側不同母線段。消防控制設備安裝在配電室聯建控制室。供照明進線采用NHYJV22 型電纜，儲煤棚內照明回路電纜采用NHYJV 電纜，主要控制電纜采用MKVV-450/750 電纜。儲煤棚內設備均采用防爆型。

瓦斯監測監控系統（甲烷、一氧化碳、溫度、粉塵）和視頻安全監控系統[3]：這兩部分配套設施要求與礦井現有的地面瓦斯監測監控系統和視頻安全監控系統相匹配。

灑水降塵和消防系統：設置自動灑水降塵和自動消防炮系統，室內設置消防炮系統，室外設環形消防通道，符合國家設計規范，達到使用功能。

2.4 氣膜煤棚優點

（1）氣膜煤棚采用斜向網狀鋼纜固定，安全可靠；氣膜透光性好，白天可以不使用照明，節約電能；膜材料可回收利用，不污染環境；氣膜的加工及制作在工廠完成后送到現場，安裝速度快，且施工不受季節限制[4]。

（2）氣膜煤棚與傳統鋼結構性能比較見表1。

表1 氣膜煤棚與傳統鋼結構性能比較

華陽集團一礦選煤廠利用氣膜煤棚對配煤站儲煤場封閉后，有效抑制了粉煤遇風飛揚、遇水流失的現象，改善了周邊環境。

3 結語

氣膜煤棚上部采用氣膜結構，自重輕；成本低，同等條件下比傳統的鋼結構節省費用約20%～30%，且規模越大，優勢越明顯，大大減少煤礦企業在大容量煤棚建設過程中的投資；施工周期短；可達到國家節能環保標準。使用氣膜煤棚既經濟合理又環保節能，安全性高，儲煤量大，在煤炭企業環保工作中可以得到很好的推廣應用。