一仓一桥将创造选煤设计的新历史
工作就像开了挂……
一仓一桥在葫芦素选煤厂的应用
选煤厂的仓储设施的发展依次经历了露天堆放、储煤棚（条形料场及圆形料场）、筒仓、薄壳球仓四个阶段，输煤栈桥的发展也同样经历了砖混结构栈桥、钢筋混凝土结构栈桥、钢结构栈桥、模块栈桥四个阶段。中煤邯郸设计公司最先将薄壳球仓（以下简称球仓）和整体预应力装配式箱型带式输送机栈桥（以下简称模块栈桥）这两项新技术在国内煤炭行业推广，并将其成功应用于工程实践中。
1 一仓一桥的设计起因
1.1 球仓的引入
球仓属于混凝土薄壳结构的范畴。混凝土薄壳结构的强度和刚度主要是利用了其几何形状的合理性，以材料直接受压来代替弯曲内力，从而可以充分发挥材料的潜能，以致于很小的厚度就可以承受相当大的荷载，被工程界誉为用料最省、稳定性最好和容积最大的一种结构。但因为其模板费用比较昂贵、混凝土难于浇筑等原因，推广速度较慢。直到20世纪70年代以后，随着气膜材料的发展完善和施工技术的日趋成熟，球仓才得以广泛应用。
文章所说的球仓即气膜钢筋混凝土薄壳球仓，于2011年由华北电力院和山西天舍索斯公司联合引进（源自美国DOME公司），用于大唐清苑热电厂，该厂2013年建成投产。球仓的引进目的在于提高煤场体积利用率，缩小占地使用面积，提高煤场自动化作业水平。这项技术的应用为煤炭行业在大容量仓储设施的突破带来了新的生机，2013年底，中煤邯郸设计公司在设计葫芦素选煤厂时，采用了这种仓储形式，把气膜钢筋混凝土薄壳球仓第一次引入了国内煤炭行业仓储设施中，丰富了选煤厂煤仓形式选择的种类。
1.2 模块栈桥的由来
为了促进建筑产业升级，国家正在大力推广装配式施工技术、绿色施工技术、建筑节能技术，模块栈桥正是在这一大背景下引入中国的。
2011年2月一次澳大利亚“RavensworthNorth”煤矿考察的机会，模块栈桥进入国人的视线，其蕴藏的巨大潜力引起了煤炭行业建筑企业的高度重视。2014年9月，中煤建安集团购买了两节不同带宽的模块栈桥用于研发，将其首次引入了中国。2015年8月，中煤邯郸设计公司在葫芦素选煤厂至图克大化肥项目的输煤系统中按这种模块栈桥设计，该项目是模块栈桥在国内输煤系统的第一次应用，其为一条带宽1400mm的单机输煤栈桥，2016年5月投入了使用。
2 球仓在葫芦素选煤厂的应用
2.1 项目概况
中天合创葫芦素选煤厂设计能力为13.0Mt/a，煤质牌号为长焰煤和不粘煤，选煤工艺为150～13mm块煤浅槽分选工艺，产品主要供附近的煤化工项目，即中天合创公司煤制烯烃项目和中煤鄂尔多斯能源化工公司项目。
中煤邯郸设计公司作为设计单位，在该项目中率先将球仓引入了选煤厂仓储设施领域，总平面图如图1所示。
图1 葫芦素选煤厂总平面图
葫芦素选煤厂原煤和产品均采用球仓储存，其中原煤仓1座，产品仓2座，直径（外径）均为54m，高度（漏斗口至仓顶）为53.5m，单仓储量6万t。球仓由球壳、环基、配套的廊道及带式输送机组成，上部结构0～26.5m高度范围内外表面为柱面，26.5～53.5m高度范围内外表面为球面。混凝土截面厚度从下部500mm逐渐缩小至300mm，再由300mm逐渐增加到顶部450mm。仓顶采用单点卸料方式，仓下设有3条暗道，布置16个受煤漏斗，配有16台给煤机。葫芦素选煤厂的球仓于2015年底开始投入使用，一直未发生过堵煤、自燃等事故，运行良好。
2.2 球仓施工过程
首先要按预定储量的形状制造气膜，之后固定在环形的混凝土基础上，然后进行充气，要进出气膜必须通过减压前室和一道气锁式密闭门，以便保持气膜内的压力，结构的施工是在气膜的里面完成的。
在气膜固定和充气之前，要先将吊车、铲车、混凝土喷射泵等施工机械及钢筋等封闭在气膜内，然后对气膜充气，在气膜内表面先喷一层胶，接着在胶表面喷聚氨酯泡沫隔热层,并在泡沫层中植入定位钢筋；按照一定的施工顺序进行喷涂混凝土，依次为构造层和结构层，当结构层的混凝土达到充分的强度后，即可除去薄膜内的气压，继续完成剩余结构层的施工，最后再开孔洞。
2.3 球仓的特点
球仓安装图及施工示意如图2所示，其特点如下：
（1）球仓储量大。单仓储量可达6万t以上，它集装饰、保温、模板、结构于一体，节能环保无污染，适用于各种复杂气候条件的地区，而且大量作业集中在室内进行，有利于保证工期。
（2）球仓受力好。具有良好的抗震、抗风压性；外形美观，自洁性能好，可装饰各种颜色，建成后一般都成为标志性建筑。
（3）造价低。国外资料显示：对于球形结构，气压支模法的造价只有普通支模法的1/8，而且省时、省力，施工速度快。最有意义的是伊拉克因地基承载力小，用这种方法建造的混凝土圆顶地面式仓库，储存每吨材料的造价比立式筒仓便宜一半。目前国内气膜钢筋混凝土薄壳球仓的吨煤造价基本与大直径筒仓相当。
（4）仓内无死区，不利于瓦斯聚集，安全性高。
图2 球仓安装图及截面示意图
3 模块栈桥的应用
3.1 项目概况
葫芦素选煤厂的部分产品供给中煤鄂尔多斯能源化工公司（图克大化肥项目），作为原料煤及燃料煤使用，采用长距离带式输送机运输。该输煤栈桥由中煤邯郸设计公司采用EPC模式建设，2015年8月开始设计，全长2.95km，采用每段36m的单机模块栈桥，带宽1400mm，运量1600t/h。2015年11月开始安装，2016年5月投入使用。
3.2 模块栈桥的特点
模块栈桥现场照片及安装图如图3所示，其特点如下：
（1）模块栈桥是一种考虑了蒙皮效应的带式输送机栈桥。蒙皮效应是指结构的表面覆盖材料利用自身的刚度和强度对整个结构抵御外载荷的能力起到加强作用，做到了物尽其用，属于设计源头的创新，与传统钢结构栈桥相比，每延米用钢量降低了20%。
（2）模块栈桥的所有组成部分均在工厂加工制作，精度高，产品质量有保障。车间内除锈，防腐效果好，可有效延长栈桥的使用寿命。
（3）把施工现场大量的重复性工作转移到工厂内的自动化生产线上完成，有效提高了劳动效率。在现场只需完成拼装工作，工期可大幅缩短。
（4）模块栈桥为标准化设计开创了新途径，它具有复制性和普遍性，不同项目可使用同一套图纸（基础图除外），有利于节约设计周期。
图3 模块栈桥现场照片及安装图
4 注意事项及改进措施
结合葫芦素选煤厂球仓和输煤栈桥这两项新技术的应用，分析其设计及施工过程中的注意事项及改进措施：
（1）球仓上栈桥搭接空间高度的设定。由于球仓受到内外压强差的影响，球仓顶部会产生一定的位移，在设计时，带式输送机机头层平面距离球仓顶部预留高度设为1m比较合适，定位时应以带式输送机机头层标高为准。
（2）球仓施工时的注意事项。球仓的施工要求制定完善的施工组织设计，监测气压、温度、湿度等，在吹膜后与喷胶前，要检查膜表面是否有水膜，必要时吹一下暖风。因为构造层的钢筋为1500mm×1500mm的间隔，钢筋直径只有8mm，构造层厚约50mm，结构层尚未施工时构造层单位面积受力较大，很容易脱落。为防止脱落，建议在喷构造层时加入细丝网，且注意每次喷涂的厚度和高度。
（3）球仓施工设备的研发。通过对球仓施工现场的观察，为提高施工速度，中煤邯郸设计公司拟开发新型球仓施工装备，有望将现有的施工工期缩小一半。
（4）预制漏斗的研发。目前球仓下的漏斗采用毛石或素混堆彻成型，表层采用钢筋混凝土做成漏斗，内部填料量大，材料成本高，为降低施工成本、提高施工速度，设计可采用预制混凝土漏斗的方式，按照漏斗模具在工厂加工好，运至现场直接安装，可大大提高施工进度。
（5）仓下出料设备的选择。有条件的情况下，球仓下出料设备可选择活化给煤机。活化给煤机入口尺寸大，有利于减少漏斗数量；设备高度低，可降低暗道高度，进而降低土建投资；而且在防堵方面表现突出。值得注意的是，仓下切勿采用条缝出料口和叶轮给煤机，避免给煤仓自燃留下隐患。
（6）模块栈桥采暖、通风及除尘方面。对采暖地区，模块栈桥与普通栈桥相同，暖气片可以布置在两侧。模块栈桥密闭性好，通风口均在顶部，煤尘容易积聚，建议采用雾化除尘设备，可每隔一定距离设喷头，煤尘将会得到有效控制。
（7）模块栈桥颜色的选择。模块栈桥采用全钢结构，受热胀冷缩的影响比较明显，设计时一定要考虑相应的位移。为了将温度对栈桥的结构影响降至最低，设计建议采用单一颜色。
5 结语
随着膜材料的国产化及施工技术的成熟，球仓及模块栈桥的总体造价必然会降低。目前，采用球仓的工程还有门客庆项目、梗阳项目以及大屯项目，采用模块栈桥的工程还有梗阳项目、延能化项目、昊源化工以及大屯项目。这两项新技术一定会在国内拥有更广泛的市场，并对推动中国的工业进步发挥重要的作用，必将改写中国选煤厂设计的新历史，以此引发广大设计人员的新思考：
（1）球仓和模块栈桥给设计领域带来了新思想。薄壳球仓源自美国，模块栈桥源自澳洲，它们的引入给我国选煤厂设计理念带来了革新。我国正在经历经济结构转型，人工成本会越来越高，高效化、智能化必将成为设计产品的主流，未来薄壳球仓和模块栈桥的市场会很大。
（2）可广泛应用于其他领域。薄壳球仓不仅可以用于煤炭储存，在电力、水泥、钢铁、粮食、库房、窖藏、民用建筑等领域同样具有广阔的应用前景。
（3）模块栈桥可以型谱系列化。根据胶带宽度及是否采暖，可开发单机栈桥型谱和双机栈桥型谱，必要时可开发三机栈桥型谱，形成系列化标准化产品，将更利于推广。