煤炭行业地面建构筑物常见“病害”及修复

樊利伟，张 宜，宋振业，汤青青，陈 田，丁 一

(1.中煤科工集团 沈阳设计研究院有限公司，辽宁 沈阳 110015；2.内蒙古煤矿设计研究院有限责任公司，内蒙古 呼和浩特 010020；3.北京固瑞恩科技有限公司，北京 100010)

我国的能源结构现状是“富煤缺油少气”，煤炭在我国一次能源占比超过50%，与之对应的就是数量众多的煤炭相关企业。很多煤炭企业的地面建构筑物由于建设和使用时间较长，服役环境相对较为恶劣，服役期间出现了很多问题。例如输煤栈桥的渗漏、输煤栈桥底板轻质混凝土的破坏、选煤厂主厂房的墙面和地面破损、储煤筒仓的耐磨层破损及脱落、储煤筒仓的堵煤等。而其中有一些问题受到环境条件、生产运行等条件限制，很难解决，例如输煤栈桥渗漏修复就是其中的“疑难杂症”之一。

笔者结合近年的工程设计和施工经验，对煤炭行业地面建构筑物的常见“病害”产生的原因进行了深入分析，并结合部分修复工程经验，介绍相应的修复材料和修复方法。

1 输煤栈桥底板常见“病害”及修复

输煤栈桥是煤炭行业承载带式运输机的工业构筑物，在煤炭和电力等行业被广泛采用，是煤炭生产和消费领域一种非常重要的工业构筑物。受混凝土结构自重大、施工速度慢、不适合大跨度建设等因素影响，钢桁架结构的输煤栈桥几乎是唯一的选择，并且钢桁架支撑加发泡混凝土轻质底板(天基板)的组合最为普遍。而这一结构形式在使用过程中逐渐出现栈桥底板渗漏和发泡混凝土轻质底板破损等问题。

1.1 输煤栈桥底板渗漏原因及修复

受环保和安全的要求，输煤栈桥每天会进行冲洗作业，对栈桥内部的煤粉、灰尘等进行清理。虽然栈桥新建时都会进行防水设计和施工，但随着使用时间的增加，很多栈桥都出现了底板防水层失效的问题，出现了大面积的渗漏。

经分析，栈桥底板渗漏的原因主要有3点：一是原有防水层的施工质量较差，部分栈桥完工后还没验收就出现了渗漏；二是钢桁架结构自身刚度较低，结构对振动非常敏感[1]，带式输送机在运行中产生的持续振动，导致原有防水层开裂并与基层脱离(尤其是伸缩缝部位)，增加了渗漏风险；三是冲洗水中含有的腐蚀性介质、冬季的冻融等因素，都会加速防水层的劣化。

输煤栈桥的底板渗漏是多种原因综合导致的，而渗漏的修复又面临很多难点：一是由于煤炭企业连续化生产需要，输煤带式输送机不能长时间停机，甚至需要不停机进行修复；二是栈桥内长期冲洗作业导致的环境湿度大、基层含水率高等问题，并且修复后短时间就要重新投入生产运行，并再次进行冲洗作业；三是栈桥的振动，部分工况下渗漏修复后，短时间内栈桥又重新投入生产运行中，振动有可能导致防水层脱落，而部分工况下甚至需要在振动环境下进行渗漏修复。由于存在上述几个难点，常规的渗漏修复方法很难见效。例如：霍州某煤矿采用喷涂聚脲的方式对输煤栈桥底板进行了防水处理，次年就出现了聚脲整体脱落和漏水的现象；陕西某煤矿输煤栈桥采用丙烯酸类涂料进行防水修复处理，项目处理完还未验收，又出现了漏水问题。

针对上述几个难点，作者所在单位与中国建筑科学研究院合作，推出了一种新型的防水材料：纳米级液体橡胶基复合防水涂料(聚沥膜)。该材料是一种水性高弹性防水涂料，可在潮湿环境下施工，喷涂到基层上数秒之内即可形成涂膜，涂膜延伸率达到1000%以上，还具有防串水、防穿刺、抗振动、耐酸碱、耐低温、水性无污染等优点，非常适合用于栈桥底板防水修复。同时还开发了快硬型的耐磨抗裂砂浆作为该涂料的保护层材料，该砂浆施工后30 min即可上人行走，因此整个防水体系可以在不影响煤矿生产的前提下，对栈桥底板的渗漏进行修复。

1.2 输煤栈桥底板轻质混凝土破坏原因及修复

随着矿井及选煤厂标准化作业水平的不断提高，冲水作业越来越频繁，加上防水层的失效等问题，栈桥底板经常处于潮湿状态。在北方寒冷地区，这种潮湿状态对混凝土的影响主要体现在2个方面：一方面由于冻融循环作用，使轻质混凝土强度下降，并出现酥脆、剥落现象；另一方面，由于煤粉中含有一定量的硫等腐蚀性介质，使轻质混凝土内部碱度降低，导致钢筋网片的锈蚀，钢筋网片锈蚀膨胀又加速了轻质混凝土的开裂破坏。同时栈桥带式输送机运行时的振动对轻质混凝土开裂后的剥落起到了加速作用，最终导致栈桥底板轻质结构破坏，影响栈桥运行安全。此外，部分煤矿的栈桥，由于冬季渗漏结冰，在栈桥底部形成很长的冰棱，当温度升高时冰棱脱落，存在很大的安全隐患。

从上述分析可以看出，输煤栈桥底板轻质混凝土的破坏主要是由于水的渗入加上冻融循环作用导致的。因此，在栈桥底板轻质混凝土修复之前，需要先解决栈桥的渗漏问题，然后再对已经破坏的部分进行修复，而修复的难点主要在于栈桥的持续振动、原有轻质混凝土的强度低、施工困难等。

作者所在单位与中国建筑科学研究院合作开发了一种早强轻质聚合物柔性修补砂浆对栈桥底板进行修复。该砂浆具有轻质、快硬、憎水、与基层黏结强度高、耐久性优异、抗变形能力强等优点，克服了普通修补砂浆容重大、与基层粘结强度低、耐久性差、抗变形能力差的缺陷。

目前，聚沥膜防水材料和早强轻质聚合物柔性修补砂浆已在山东能源巴彦高勒煤矿、双欣煤矿，山西柳林寨崖底煤矿、陕西小保当煤矿、中煤纳林河选煤厂等近20个项目中进行了成功应用，取得了满意的修复效果，部分项目已经正常使用了5年多，仍旧滴水不漏，经修复的栈桥底板也完好无损。

2 储煤筒仓的常见“病害”及修复

储煤仓是煤炭开采后，在加工、运输及存放过程中最主要的仓储设施，大部分是钢筋混凝土结构的圆形筒仓，底面呈漏斗状，以便煤炭在中间放料口放出。

储煤仓的常见“病害”包括：① 煤炭在进入储煤仓及从储煤仓放出过程中，对仓壁尤其是漏斗斜壁部分的混凝土形成冲击和磨损；② 煤仓堵塞、放料困难，尤其是含水率较高末煤更为常见；③ 因为冻融破坏、钢筋锈蚀、储煤自燃等原因，造成煤仓的本体结构破坏。

2.1 储煤仓耐磨层破坏原因及修复方法

煤炭经带式输送机输送至布料带式输送机，然后经过不同进料口自由下落进入煤仓。如果是空仓情况，煤的落差较大，会对煤仓的斜壁形成较大的冲击和磨损。如果不是空仓情况，煤自由下落后在煤仓中的料堆上滚落至四周，这个过程中会对储煤筒仓仓壁有一定的冲击和磨损作用；储煤筒仓放料过程中，随着筒仓中的煤向下运动，会对仓壁和下部漏斗斜壁造成磨损。

针对储煤筒仓的磨损问题，一般是通过增加耐磨层进行处理。煤仓耐磨层的传统工艺主要采用粘贴铸石板、微晶板、高分子板材，涂抹或浇筑铁屑砂浆的方法进行处理，但铸石板与微晶板较脆，在煤炭块料冲击作用下容易出现碎裂脱落现象；高分子板防火性能差；铁屑砂浆存在耐磨性较差、有锈蚀隐患等问题。

针对传统耐磨材料存在的各种问题，作者所在单位与中国建筑科学研究院合作在国内率先研制出了一种水泥基高强抗磨材料，该材料具有高强、高韧性、抗冲击、不空鼓、不脱落等优点，可以长时间承受煤炭的摩擦和冲击而不出现碎裂和脱落，并且作为水泥基材料，耐久性和防火性能与混凝土本体一致。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个煤筒仓的新建和加固修复项目中，已完工项目最长已经正常使用15 a之久。

2.2 煤仓堵塞原因分析及修复方法

煤炭与储煤筒仓相对运动过程中，会有一定摩擦系数，摩擦系数越大，相对运动越困难，煤炭也就不容易放出。潮湿的煤末更容易粘附在仓壁上，阻挡煤炭向下运动，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，最终造成煤仓堵塞，放料困难，部分工况下还会引发煤的自燃。

针对煤末和块煤粘附堆积造成放料口堵塞的问题，作者所在单位与中国建筑科学研究院合作开发了一种憎水型自润滑的高强抗磨材料，并结合筒仓具体情况，形成了一套成熟的解决方案。憎水型自润滑高强抗磨料除具备高强、高韧性等优点外，还具有憎水和自润滑的特性，使筒仓斜壁不易被水润湿，降低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。该方案目前已经在国能集团哈尔乌素选煤厂、华能集团高头窑煤矿等多个煤矿筒仓中进行了实际应用，改善堵仓的效果十分明显。

2.3 煤仓本体结构破坏原因分析及加固修复

储煤筒仓在使用过程中会因为各种原因造成结构破坏，不能满足使用要求，如新建筒仓的配筋率不够、混凝土强度等级不够；煤仓失火导致的结构破坏；混凝土结构受到冻融或者腐蚀介质侵蚀，导致混凝土和钢筋的劣化等。

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，目前储煤筒仓主要加固方法有增加截面积加固、粘钢加固、粘贴碳纤维布加固、预应力钢筋加固等。作者所在单位与中国建筑科学研究院合作研制的渗透迁移型钢筋阻锈剂，涂刷在混凝土表面，可以渗透到混凝土内部，并对钢筋形成钝化保护作用，特别适合已有筒仓加固时内部钢筋锈蚀的修复处理。针对筒仓加固开发的浇筑型抗磨料，可以实现加固和耐磨的双重功能。钢筋钝化处理、加固耐磨一体化的施工方案，具有较好的技术先进性和经济实用性，已在平煤集团首山一矿、罐子沟煤矿、大柳塔煤矿、高头窑煤矿等储煤筒仓加固项目进行了应用，取得了很好的社会效益和经济效益。

3 选煤厂主厂房的常见“病害”及修复

3.1 主厂房墙体“病害”及修复

选煤厂主厂房是煤炭洗选作业的主要场所，选煤厂70%以上设备在主厂房内运行。目前选煤厂主厂房多采用框架结构，烧结砖或加气砌块填充作为墙体。由于洗煤车间用水量大，主厂房室内一直处于潮湿环境中，水汽容易渗入墙体。而设备运行时形成的长时间、高振幅的振动，使得墙体围护结构很容易出现微细裂纹，使得室内水汽更容易进入墙体。由于墙体一直处于潮湿状态中，导致内侧墙体逐渐出现反碱、涂料层剥落、抹灰层脱落等问题；冬季低温环境下，水汽渗透至外墙时，还存在冻融破坏问题，导致外墙抹灰层大面积空鼓脱落，存在很大的安全隐患。

主厂房的墙体破坏，主要原因是水汽渗入造成的，因此修复的首要问题是解决墙体的防水、防渗。因为内部环境非常潮湿，内墙表面大部分时间都有冷凝水的存在，导致油性涂料粘不住、水性涂料干不了，因此普通的防水涂料很难满足具体工况要求。根据现场情况，作者所在单位与中国建筑科学研究院合作开发了一种可在潮湿环境下正常施工的防水涂料—聚纳膜。聚纳膜是一种水性反应型自干燥防水涂料，与常规水性涂料靠水分蒸发的成膜机理不同，聚纳膜的干燥成膜是通过内部的化学反应实现的，因此即使在异常潮湿的环境下，也可以正常成膜，实现防水、防渗的作用。聚纳膜同时还具有弹性好、耐腐蚀、自清洁等优点，通过喷涂施工或者滚刷施工，可在墙体表面形成一层有机—无机复合防水涂膜，达到隔绝水汽和腐蚀介质的目的，可以有效防止选煤厂主厂房内部的水汽外渗，避免有害介质侵蚀和冻融作用对墙体和混凝土结构的破坏。聚纳膜还可根据客户要求调整颜色，对墙面及彩钢板屋面具有保护作用的同时，也具有一定的装饰效果，改变了以往人们对工矿企业建筑色彩单调的印象。目前该材料和修复方案，已经在巴彦高勒、主厂房室内墙体防护、彩钢板屋面防护等工程中进行了应用，取得了良好效果。

3.2 主厂房地面“病害”及修复

选煤厂的主厂房地面通常都有积水存在，而水中含有的硫、磷、氯等腐蚀介质，对地面混凝土造成了严重的腐蚀破坏。混凝土的腐蚀破坏，表现为面层混凝土的粉化、脱落等问题，局部严重的部位，甚至出现了贯穿破坏；另一方面，含有腐蚀性介质的水也会导致混凝土的碱度降低，从而失去对内部钢筋保护作用；水中含有的氯离子会加速混凝土内部的钢筋锈蚀；高频振动会导致混凝土出现各种微细裂纹，加速混凝土和钢筋的腐蚀破坏。在潮湿环境、腐蚀介质、高频振动的综合作用下，选煤厂主厂房的结构损伤速度非常快，对主厂房的结构安全形成很大的威胁。

选煤厂主厂房地面破坏修复，需要解决钢筋锈蚀和混凝土破损的问题，面临的施工难点包括环境潮湿、振动大、施工窗口期短等。为此，作者所在单位与中国建筑科学研究院合作开发了一种专用聚合物防腐砂浆，该专用砂浆具有快硬、防水防腐、耐磨抗震等优点，可实现不停产修复施工。该材料已经在巴彦高勒等煤矿选煤厂主厂房进行了应用，取得了满意的修复效果。

4 钢结构建筑的常见“病害”及修复

钢结构具有自重轻、强度高、施工便捷等优点，广泛应用于煤炭行业的选煤厂主厂房、输煤栈桥、储煤筒仓顶部结构等部位。但是钢材本身很容易受到环境中的水分和氧气的作用而发生锈蚀，氯盐及其它腐蚀性介质会加速这一过程。因此，钢结构建筑需要通过表面的涂装来阻止或减缓本体腐蚀，从而延长使用寿命。根据现场调研，煤炭行业钢结构建筑的表面涂装，每隔三到五年就需要进行维护或维修，部分使用环境下甚至一到两年就需要重新涂装。很多煤炭企业因为各种原因，对钢结构的表面涂装维护不及时，导致很多钢结构锈蚀严重，部分钢结构已经无法满足结构安全性需求，面临拆除重建的困境。

现场调研和分析发现，煤炭行业钢结构表面涂装通常使用年限短的主要问题，一是新建项目采用常规的丙烯酸、环氧树脂、聚氨酯等有机涂层，涂层在紫外线、冻融、温差、介质腐蚀等各种腐蚀条件下的耐候性不足；二是维护和维修项目，受到现场施工环境、工业生产、维修技术方案等因素的影响，没有重新涂装或者重新涂装的涂层质量欠缺，从而导致使用年限偏短。

煤炭行业的钢结构建筑，维修和维护项目大部分都存在施工环境潮湿、无法彻底除锈、施工时间短、环境腐蚀严重等不利因素[2-3]，导致普通的防腐涂料无法适用。为此，作者所在单位与中国建筑科学研究院合作，设计开发了一种“超聚硅钛”水性重防腐涂装体系，克服了上述各种困难。该体系采用转锈底漆来代替传统的除锈工艺，仅需去除钢结构表面疏松的铁锈即可；面涂采用含有大量硅氧键的笼型超支化树脂为基材，加入耐候性优异的各种填料和助剂，面层耐候性是普通涂料的5倍以上；同时该涂层体系为水性产品，安全环保，对施工环境要求不高，与基材附着力强，耐老化性能优异，耐水耐渗透性优异，适合各种施工环境，涂膜可承受结露淋雨。

“超聚硅钛”水性重防腐涂装体系目前已经在煤炭、石化、采矿等多个行业进行了应用，取得了良好效果。

5 结 语

主要介绍了煤炭行业地面建构筑物的常见“病害”及原因，并结合“病害”修复处理的工程经验，介绍了一些新的修复材料和修复方法。预计未来很长一段时间内，煤炭仍然是保障我国能源安全的重中之重，而煤炭行业地面建构筑物的“病害”处理，涉及煤炭企业的安全生产和稳定运行，切不可掉以轻心。我们应该本着尽早发现问题、尽快解决问题的态度，为我国的能源安全贡献自己的一份力量。