導(dǎo)語(yǔ)：儲(chǔ)煤筒倉(cāng)作為煤礦企業(yè)常用儲(chǔ)裝設(shè)施，經(jīng)常發(fā)生堵塞等情況，以往多依靠人工疏通，危險(xiǎn)系數(shù)很大。本期轉(zhuǎn)化果平臺(tái)推薦的《煤倉(cāng)疏堵機(jī)器人》，通過(guò)采用下部智能清理機(jī)器人+中部自動(dòng)控制空氣炮+內(nèi)壁高分子襯板結(jié)構(gòu)，以及開發(fā)智能控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了儲(chǔ)煤筒倉(cāng)的無(wú)人化全自動(dòng)運(yùn)行，可保障煤倉(cāng)不再堵塞，杜絕因疏通煤倉(cāng)導(dǎo)致的人員傷亡，減少巡檢人員工作量，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明，效果良好！歡迎致電400-1817-969垂詢！
一、項(xiàng)目背景
原先儲(chǔ)煤筒倉(cāng)發(fā)生棚煤時(shí)，不能立刻發(fā)現(xiàn)，發(fā)現(xiàn)后還需要通知人員去現(xiàn)場(chǎng)處理，準(zhǔn)備工具、做安全防護(hù)、拆卸人口、冒險(xiǎn)疏通，時(shí)間最短也以小時(shí)計(jì)；如果是凍堵，可能反復(fù)疏通也無(wú)效、還需要雷管爆破，時(shí)間就更長(zhǎng)；對(duì)于嚴(yán)重凍堵，就只能等來(lái)年春季回暖自然融化，這個(gè)期間凍堵的筒倉(cāng)就無(wú)法工作。對(duì)于電廠，儲(chǔ)煤筒倉(cāng)棚堵還會(huì)影響到發(fā)電機(jī)組安全運(yùn)行。因此，棚煤凍堵會(huì)嚴(yán)重影響到煤礦、電廠的運(yùn)行收益。
“煤倉(cāng)堵塞自動(dòng)疏通機(jī)器人系統(tǒng)”是國(guó)家煤礦安全監(jiān)察局2019年第1號(hào)公告中，煤礦機(jī)器人重點(diǎn)研發(fā)的38個(gè)項(xiàng)目之一，公告中的名稱為“煤倉(cāng)清理機(jī)器人”，本項(xiàng)目也是屬于智能礦山推薦實(shí)施的目錄清單中的項(xiàng)目之一。
本項(xiàng)目課題已研發(fā)并應(yīng)用成功，通過(guò)了專家組成果鑒定，正在推廣應(yīng)用。
二、研究?jī)?nèi)容
1.主要問(wèn)題分析
（1）筒倉(cāng)粘壁原因分析
煤料較細(xì)、含水多時(shí)，在煤倉(cāng)出煤口位置，因?yàn)槌隹谑湛s、壓力累積，在出煤口斜面上會(huì)出現(xiàn)粘壁，導(dǎo)致出煤口逐漸變窄，影響煤料下落。
筒倉(cāng)內(nèi)壁也有粘壁現(xiàn)象，因?yàn)榇怪泵鏋樗嗦忝妫缙诮ㄖに嚶浜螅簜}(cāng)圓周內(nèi)壁表面很不平整，有局部凹凸面，而且水泥表面也很粗糙，煤粉容易積存形成粘壁。
（2）筒倉(cāng)棚煤堵塞原因分析
粘壁會(huì)導(dǎo)致落煤變慢、煤倉(cāng)吞吐能力降低，嚴(yán)重到一定程度就會(huì)造成棚煤。因?yàn)槊涸趥}(cāng)內(nèi)下落過(guò)程中，都是靠近落煤口中心的煤移動(dòng)的快，靠近倉(cāng)壁的煤移動(dòng)的慢，再加上漏斗處上寬下窄, 造成漏斗最下部的出口處，由于縮口及四周倉(cāng)壁上粘煤的相互蓬架作用，使下煤的通道越來(lái)越小，以至最后完全棚煤堵塞住。
通常棚煤堵塞位置易發(fā)生于：從落料口往上、至錐斗斜面范圍內(nèi)，下部堵煤時(shí)間長(zhǎng)了以后有時(shí)也會(huì)造成錐斗上部棚煤。
（3）筒倉(cāng)凍煤堵塞原因分析
當(dāng)冬季氣溫較低時(shí)，如果煤含水量大、灰份較多，煤塊和煤泥混合一起粘度就大，形成粘壁后，會(huì)從落料口區(qū)域、從下往上逐漸在內(nèi)壁凍結(jié)，并越凍越厚；此時(shí)由于落煤口內(nèi)壁變?yōu)榇植诘膬雒簩?，加上落煤通道變狹窄，使煤料下落更慢，堵煤棚煤會(huì)更嚴(yán)重, 最終落煤口完全堵塞凍結(jié)為一體，形成凍堵。此時(shí)即使采用捅、砸等手段，通常只會(huì)在落煤口范圍內(nèi)形成錐形空洞，其上部的煤仍然落不下來(lái)。
另一種凍堵情況，是由于煤倉(cāng)頂部進(jìn)煤口是敞開的，與外界相通，冬季氣溫很低，若煤料含水多、并且在煤倉(cāng)內(nèi)積存時(shí)間較長(zhǎng)，煤料頂部會(huì)凍結(jié)一層，達(dá)到足夠厚度后，有可能凍結(jié)在內(nèi)壁上不隨煤料下落，形成棚蓋。此種情況很罕見(jiàn)，通過(guò)控制含水多的煤入倉(cāng)就可以避免。
凍堵位置主要易發(fā)生于：從落料口往上、至錐斗斜面范圍內(nèi)，極嚴(yán)重時(shí)有可能錐斗斜面上部區(qū)域也會(huì)凍。
2.現(xiàn)有技術(shù)分析
煤倉(cāng)堵塞的原因較復(fù)雜，現(xiàn)有空氣炮、振動(dòng)斗倉(cāng)等機(jī)械化技術(shù)手段僅針對(duì)特定條件下的輕微堵煤情況具有效果，通常還需由人工進(jìn)行疏通。
（1）現(xiàn)有筒倉(cāng)堵塞發(fā)現(xiàn)技術(shù)
目前國(guó)內(nèi)儲(chǔ)煤筒倉(cāng)的棚煤、凍堵，均是依靠人工巡檢發(fā)現(xiàn)并處理，還沒(méi)有自動(dòng)在線監(jiān)測(cè)處理系統(tǒng)。
（2）現(xiàn)有筒倉(cāng)堵塞疏通技術(shù)
儲(chǔ)煤筒倉(cāng)常見(jiàn)為混凝土結(jié)構(gòu)，目前儲(chǔ)煤筒倉(cāng)有安裝應(yīng)用的是空氣炮，一些其他料倉(cāng)還有應(yīng)用疏松機(jī)、旋轉(zhuǎn)清堵機(jī)。
空氣炮是以突然噴出的壓縮氣流沖入閉塞區(qū)，使容器內(nèi)的物料恢復(fù)流動(dòng)。缺點(diǎn)是：空氣炮主要對(duì)小范圍內(nèi)氣流路徑上的較為蓬松物料能夠起到疏松作用，但面對(duì)大范圍的整體粘結(jié)時(shí)僅能打通射程范圍內(nèi)的一條通道，其周圍區(qū)域反而在沖擊波應(yīng)力作用下板結(jié)更加牢固，對(duì)于大范圍的凍粘壁甚至凍堵則無(wú)能為力。
疏松機(jī)是通過(guò)倉(cāng)壁外側(cè)的液壓油缸，驅(qū)動(dòng)犁煤葉片刮擦堵塞區(qū)的原煤，實(shí)現(xiàn)疏堵。缺點(diǎn)是：由于疏松機(jī)只能安裝在筒倉(cāng)落煤口下部和給煤機(jī)之間的聯(lián)接區(qū)域，而筒倉(cāng)下部最易堵煤的位置高于其很多，導(dǎo)致只能對(duì)下部輕微堵煤有效，高于其位置的堵煤或大范圍凍粘壁甚至凍堵則無(wú)法進(jìn)行清堵。而且受液壓缸的擋板和大量犁煤葉片的影響，導(dǎo)致倉(cāng)壁摩擦阻力增加，反而增加了蓬煤的概率。
旋轉(zhuǎn)清堵機(jī)是安裝在筒倉(cāng)落煤口和給煤機(jī)之間的清堵裝置，用電機(jī)帶動(dòng)回轉(zhuǎn)體，刮掃倉(cāng)內(nèi)物料實(shí)現(xiàn)避免堵塞。缺點(diǎn)是：僅適合圓形落煤口，而存量?jī)?chǔ)煤筒倉(cāng)大多是方形落煤口，無(wú)法使用；而且旋轉(zhuǎn)清堵機(jī)的安裝位置在落煤口下方，而原煤倉(cāng)最易堵煤的位置高于其很多，無(wú)法應(yīng)對(duì)大多數(shù)堵煤情況；對(duì)于停機(jī)后已經(jīng)發(fā)生凍堵，旋轉(zhuǎn)清堵機(jī)無(wú)能為力。
因此，目前的機(jī)械疏堵設(shè)備均不適合或無(wú)法解決儲(chǔ)煤筒倉(cāng)最常見(jiàn)的棚煤堵塞，對(duì)于寒冷地區(qū)多發(fā)的凍粘壁、凍堵性棚煤更加無(wú)法解決。
3.系統(tǒng)主要功能
煤倉(cāng)堵塞自動(dòng)疏通機(jī)器人系統(tǒng)的主要功能：
（1）應(yīng)用于煤礦、電廠儲(chǔ)煤筒倉(cāng)，無(wú)人化全自動(dòng)運(yùn)行，可保障煤倉(cāng)不再堵塞，杜絕因疏通煤倉(cāng)導(dǎo)致的人員傷亡，減少巡檢人員工作量。
（2）采用機(jī)器人智能控制算法、監(jiān)測(cè)煤倉(cāng)運(yùn)行數(shù)據(jù)、自主選擇最優(yōu)疏堵動(dòng)作。
（3）可智能預(yù)防堵塞、預(yù)警凍堵，控制模式一鍵自動(dòng)化、簡(jiǎn)潔易用，可靠長(zhǎng)效。
（4）模塊化、系列化，根據(jù)工況量身定制。
（5）可接入智能礦山大系統(tǒng)，使煤倉(cāng)盲區(qū)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)孿生等可視化管理。
4.系統(tǒng)基本構(gòu)成
（1）自動(dòng)疏通機(jī)器人系統(tǒng)構(gòu)成
●下部智能清理機(jī)器人+中部自動(dòng)控制空氣炮+內(nèi)壁高分子襯板。
●通過(guò)這些措施能夠?qū)γ簜}(cāng)下、中、上部的堵煤做全方位智能清理。
●具有自動(dòng)破除棚煤功能、減輕預(yù)防掛壁結(jié)冰粘凍功能、對(duì)已結(jié)冰粘壁煤料具有破碎清理功能。
①上部棚煤、減輕預(yù)防掛壁結(jié)冰粘凍措施：煤倉(cāng)內(nèi)壁立面鋪設(shè)超高分子量聚乙烯板。
②中部棚煤措施：煤倉(cāng)溜煤漏斗口斜面圓周方向布置空氣炮。
③下部棚煤、凍粘壁措施：煤倉(cāng)溜煤漏斗口斜面安裝煤倉(cāng)清理機(jī)器人。
●控制室泵站區(qū)：液壓系統(tǒng)，提供煤倉(cāng)清理機(jī)器人油壓動(dòng)力。
（2）煤倉(cāng)機(jī)器人設(shè)備結(jié)構(gòu)
① 機(jī)器人液壓執(zhí)行單元
每個(gè)落煤口斜面安裝一套液壓執(zhí)行單元。
液壓執(zhí)行單元上的刮板可以邊捶打邊往復(fù)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)破碎結(jié)塊煤料、疏堵、破碎凍結(jié)功能。
一個(gè)落煤口的設(shè)備如圖所示。
機(jī)器人液壓執(zhí)行單元安裝后效果如圖所示。
② 機(jī)器人液壓管路系統(tǒng)
③ 機(jī)器人液壓泵站
（2）空氣炮設(shè)備結(jié)構(gòu)
每個(gè)落煤口上部安裝空氣炮2臺(tái)。
空氣炮的動(dòng)力源：空壓機(jī)組、冷干機(jī)、吸附式干燥機(jī)。
（（3）主控機(jī)房
① 主控機(jī)房設(shè)備間
從左至右依次為：空壓機(jī)組、冷干機(jī)、吸附式干燥機(jī)、液壓錘錘擊力度調(diào)節(jié)系統(tǒng)、液壓泵站。
② 主控機(jī)房控制間
中間是主控電腦操作臺(tái)。
③ 主控機(jī)房電氣間
從左至右依次為：配電柜1、配電柜2、配電柜3、EPS電源、電池柜、電池柜、UPS電源、電控柜1、電控柜2。
（4）機(jī)器人控制系統(tǒng)
① 電氣系統(tǒng)拓?fù)鋱D
② 軟件系統(tǒng)主控終端
機(jī)器人軟件系統(tǒng)具有自動(dòng)運(yùn)行、手動(dòng)控制模式。有預(yù)防、防凍、疏堵三種自動(dòng)模式。具備預(yù)防蓬堵凍堵、凍堵預(yù)警功能。圖形化界面顯示能夠反映全過(guò)程控制內(nèi)容，如運(yùn)行狀態(tài)、儀表數(shù)據(jù)、報(bào)警信息、操作日志等，并有完善的互鎖保護(hù)。
③ 軟件系統(tǒng)主要界面
主界面1，可擴(kuò)展控制多個(gè)煤倉(cāng)的清理機(jī)器人系統(tǒng)。
主界面2，1號(hào)倉(cāng)清理機(jī)器人主控界面。
主界面4，數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)中心。
（5）遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)
遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)安裝在裝車站調(diào)度室。通過(guò)網(wǎng)線與主控機(jī)房通訊。具有與主控制機(jī)房?jī)?nèi)控制臺(tái)相同的功能，軟件界面及操作方法一樣。
三、應(yīng)用情況
本系統(tǒng)于2019～2020年在某煤礦成品倉(cāng)安裝應(yīng)用。
2019年5月，本系統(tǒng)應(yīng)用工程正式啟動(dòng)。主要出產(chǎn)三種熱值的褐煤，冬季嚴(yán)寒漫長(zhǎng)，多大風(fēng)，最低氣溫-39.4℃。1號(hào)成品倉(cāng)建筑時(shí)間1989-1992年，鋼筋混凝土+外保溫層結(jié)構(gòu)，倉(cāng)內(nèi)底部錐斗鋪有鑄石板。落料口下部安裝有震動(dòng)給煤機(jī)、手動(dòng)插板閥、底部是煤料輸送皮帶線。
1號(hào)成品倉(cāng)尺寸：
●煤倉(cāng)內(nèi)部直徑：22m
●煤倉(cāng)高：44.7m
● 容煤量：7200t
●底部有8個(gè)錐形出煤口，每個(gè)出煤口尺寸1米正方形。
●儲(chǔ)煤筒倉(cāng)受多方面因素影響，有蓬煤堵塞情況，冬季常有沾壁凍堵情況。
項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中，與南礦相關(guān)專家、一線人員做了充分交流。
設(shè)計(jì)了一套切實(shí)可行的設(shè)備安裝方案及安全保障措施，保障實(shí)施安全與進(jìn)度。
南煤礦的應(yīng)用工程于2020年10月開始負(fù)載（裝煤）試運(yùn)行。期間進(jìn)行了各種堵煤疏通測(cè)試，持續(xù)運(yùn)行至今機(jī)器人系統(tǒng)全部工作正常。
1.普通蓬煤疏堵測(cè)試
人工制造蓬堵后，開啟輸煤皮帶及給煤機(jī)，清理機(jī)器人系統(tǒng)自動(dòng)發(fā)現(xiàn)了蓬堵的落料口，并自動(dòng)啟動(dòng)疏堵動(dòng)作，該落料口立刻就恢復(fù)了暢通，疏堵成功。
2.凍堵蓬煤疏堵測(cè)試
2020年底，多次制造凍粘壁凍堵蓬煤。方法是空倉(cāng)進(jìn)入濕煤，降溫通風(fēng)，使落煤口內(nèi)的濕煤逐漸粘壁凍結(jié)。足夠時(shí)間后，凍粘壁增厚變?yōu)閮龆隆?br />
測(cè)試期間室外溫度-22～-36℃ ，倉(cāng)內(nèi)溫度-16～-26℃，凍堵形成。
啟動(dòng)清理機(jī)器人的疏堵模式后，液壓執(zhí)行單元破碎自身結(jié)冰正常工作，隨著往復(fù)錘擊動(dòng)作，凍堵的煤料逐漸恢復(fù)下落。啟動(dòng)輸煤皮帶及震動(dòng)給煤機(jī)，出煤正常，凍堵疏通成功。
3.機(jī)器人進(jìn)水結(jié)凍破冰測(cè)試
測(cè)試凍堵期間，進(jìn)入濕煤后，降溫通風(fēng)，并用消防車給煤澆水，至水從落煤口下部流出，此時(shí)水已經(jīng)將機(jī)器人設(shè)備浸透，期間倉(cāng)內(nèi)最低溫度-26℃，設(shè)備已完全凍結(jié)。（倉(cāng)內(nèi)溫度傳感器在機(jī)器人設(shè)備內(nèi)部）
此時(shí)啟動(dòng)清理機(jī)器人，液壓執(zhí)行單元立刻破碎自身結(jié)冰，往復(fù)動(dòng)作、錘打功能均正常工作。
4.蓬煤、凍堵的預(yù)防功能
蓬煤、凍堵是可以預(yù)防的。凍堵的形成必須滿足3個(gè)條件：
（1）煤料顆粒較細(xì)碎并含水量非常高。
（2）倉(cāng)下溫度很低并持續(xù)很長(zhǎng)時(shí)間。
（3）落煤口持續(xù)很長(zhǎng)時(shí)間沒(méi)有啟動(dòng)落煤。
凍堵的形成是個(gè)逐漸的過(guò)程，首先形成凍粘壁，結(jié)凍層逐漸增厚，最終才會(huì)凍堵。
針對(duì)此，設(shè)計(jì)了自動(dòng)預(yù)防蓬堵模式、及凍堵預(yù)警。系統(tǒng)持續(xù)監(jiān)測(cè)溫度及落煤情況，有凍堵可能時(shí)即發(fā)出警示；同時(shí)機(jī)器人自動(dòng)定時(shí)清理凍粘壁煤料，使其不能持續(xù)增厚，防止蓬煤凍堵發(fā)生。
5.運(yùn)行及測(cè)試試驗(yàn)結(jié)論
2020年12月，南露天煤礦對(duì)項(xiàng)目驗(yàn)收通過(guò)。
四、效益分析
煤倉(cāng)堵塞自動(dòng)疏通機(jī)器人系統(tǒng)是一種安全裝備，使得疏通煤倉(cāng)的工作得以實(shí)現(xiàn)無(wú)人化全自動(dòng)疏堵，以成體系的技術(shù)化手段安全有效地替代人工高危工作。避免了人工清堵的高強(qiáng)度高風(fēng)險(xiǎn)作業(yè)，從根本上杜絕了因人工煤倉(cāng)清堵而導(dǎo)致人身傷亡事故的可能性，具有較高的社會(huì)效益。
安裝了智能清理機(jī)器人系統(tǒng)后，棚煤可以立刻發(fā)現(xiàn)、立刻啟動(dòng)疏堵，沒(méi)有延遲；而且疏堵很快，基本都可以在1～5分鐘內(nèi)自動(dòng)疏通，保證了筒倉(cāng)的正常吞吐量和煤礦的產(chǎn)能不受影響。持續(xù)保障煤礦與電廠的正常生產(chǎn)秩序，保護(hù)發(fā)電系統(tǒng)安全，使煤礦與電廠的產(chǎn)能和效益不會(huì)再受煤倉(cāng)凍堵影響，具有巨大的市場(chǎng)前景和經(jīng)濟(jì)效益。希望在筒形儲(chǔ)煤倉(cāng)存量巨大的煤炭和電力行業(yè)內(nèi)整體推廣應(yīng)用。
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