年产4000万吨砂石项目所应用气膜技术深度剖析！

年产4000万吨砂石项目所应用气膜技术深度剖析！

 

编者按：中国砂石协会定于2023年12月5日—7日，在中国上海召开第八届中国国际砂石骨料大会。本次大会在砂石行业内广泛征集了学术论文，今日，中国砂石协会融媒体中心推出陈盼攀，朱立立，尚明，田中源，王森森，赖文晖撰写的《气膜在砂石行业绿色节能生产中的应用浅析》一文，以飨读者。本文详细介绍了中电建年产4000万吨砂石浠水项目所使用的气膜技术，该技术在砂石行业开采、生产加工、运转等各阶段中的应用，在砂石行业的生产周期中，气膜技术的引入不仅降低了生产线整体的能耗，还可以减少有害气体和颗粒物排放，实现砂石行业绿色可持续发展，气膜技术将在未来为砂石行业的绿色转型提供有力支持，构建更加清洁、高效的砂石生产环境。

气膜在砂石行业绿色节能生产中的应用浅析

陈盼攀，朱立立，尚明，田中源，王森森，赖文晖

（中成空间（深圳）智能技术有限公司，深圳，518000）

【摘要】砂石是我国基础建设的重要原材料之一，不合理的矿山开采及加工，会造成大量的资源浪费及粉尘颗粒污染物，从而影响周边环境。随着各地环保政策收紧及双碳政策的落地实施，矿山行业加快推进绿色低碳转型不是“选答题”，而是“必答题”。目前，绝大多数的砂石骨料堆场都是露天堆放和加工，不仅产生了扬尘污染、地下水污染、物料流失、噪音等问题，同时也产生了一些能耗增加、砂石骨料质量受损的问题。而气膜技术作为一种新型的绿色节能技术，具有在生产周期中提高能源效率、减少对环境污染的特性。本文旨在深入探讨气膜技术在砂石行业绿色节能生产中的应用，分析其在生产过程中的绿色节能效果和实际案例。

【关键词】气膜；砂石；绿色生产；过程控制；节能减排

Analysis on the Application of Air-Supported Membrane Structure in the Green and Energy-Efficient Production of the Aggregates Industry

Panpan Chen*,Lili Zhu, Ming Shang,Zhongyuan Tian ,Sensen Wang, Wenhui Lai Space ZC

(Shenzhen) Intelligent Technology Co.,Ltd，Shenzhen city of China，518000

Abstract：Aggregates are important raw materials for infrastructure construction in our country. Unreasonable mining and processing of these materials can lead to significant resource waste and the generation of dust and particle pollutants, thereby impacting the surrounding environment. With the tightening of environmental policies and the implementation of the dual-carbon policy across the country, the transformation of the mining industry towards green and low-carbon practices is not just an option but a necessity.Currently, the majority of aggregates yards adopt open-air stacking and processing, resulting in issues such as dust pollution, groundwater contamination, material loss, and noise. Additionally, this practice contributes to increased energy consumption and a decline in the quality of aggregates. In response to these challenges, the adoption of air membrane technology emerges as a novel green and energy-efficient solution, offering characteristics that enhance energy efficiency throughout the production cycle and reduce environmental pollution.This paper aims to delve into the application of air membrane technology in the green and energy-efficient production of the aggregates industry. It will analyze its effects on green and energy-efficient production and provide practical case studies to illustrate its application.

KEYWORDS：Air-supported membrane；Aggregates；Green production; Process control; Energy conservation and emission reduction.

引言

在当今追求可持续发展的时代，砂石行业正积极寻求创新的绿色技术，以降低对环境的影响并提高生产效率。在这一探索的过程中，气膜技术作为一项引人注目的应用技术，正逐渐成为砂石生产周期中的绿色节能先锋。气膜技术的引入不仅仅是技术创新的标志，更是对可持续经营理念的实际践行。

气膜技术在砂石行业中的应用旨在通过改善物料输送和处理过程，实现能源的高效利用。这不仅有助于降低整体生产线的能耗，提高能源利用效率，同时也在环保方面取得显著成就。在减少有害气体和颗粒物排放方面，气膜技术为行业迈向更清洁的生产方式提供了可行的途径。

此外，在这个追求绿色、可持续的时代，气膜技术在砂石行业中的崭新应用，将为行业的未来发展注入更为可持续的动力，共同构建更环保、高效的生产生态。这一技术的引入，将为砂石行业带来更加可持续和具有前瞻性的生产方式。

1.砂石行业生产现状分析

1.1砂石行业的重要性

砂石行业作为建筑和基础设施建设的支柱性行业，在现代社会中发挥着不可替代的重要作用。其产品主要用于混凝土、道路建设、设施基础设施建设等领域，直接影响着城市化进程和经济然而，随着全球经济的不断增长和城市化的加速推进，砂石行业在满足巨大的建设需求的同时，也面临着严峻的能源挑战。

砂石行业的重要性体现在以下几个方面：1.基础建设支撑：砂石是建筑和基础设施建设的基本原材料之一，从住房建设到道路交通，几乎所有的基础建设设施都离不开砂石的运用。它为城市提供了坚实的基础，推动着城市化的不断发展。

2.经济拉动：砂石行业的兴旺发展直接带动了相关产业链的繁荣，包括采矿、运输、机械制造等，为国家和地区的经济增长做出了显着的贡献。这也为就业提供了大量机会，改善了居民的生活水平。

3.环境整治：砂石在环境整治中发挥了重要作用，例如用于河道治理、土地整理等项目。它作为环保建材的一部分，有助于改善生态环境，减轻自然资源的压力。

然而，随着砂石行业规模的不断扩大，其能源消耗也逐渐成为一个突出的问题。面临的主要能源挑战包括：

1.能源依赖：砂石生产过程中对能源的高度依赖，尤其是在采矿、运输和加工阶段。砂石企业通常需要大量电力和燃料来维持生产，这导致对传统能源的需求持续增加。

2.环境影响：能源的大量使用不仅导致大量温室气体排放，还会引起空气和水污染的影响。这与环境持续的理念相悖，需要采取有效措施减少不良行为。

3.资源有限：一些传统的砂石资源正面临枯竭的风险，这使得寻找替代能源和材料迫切提出。砂石行业需要在资源有限的情况下寻找更加可持续的生产方式。

4.高碳足迹：砂石生产通常伴随着高碳排放，包括采矿、运输、加工等阶段。减少碳足迹成为首要待解决的问题，以适应全球对气候变化担忧的呼声。

针对这些能源挑战，砂石行业需要深入推进绿色生产、能效提升、清洁能源的应用等方面的技术创新。通过引入新技术、优化生产流程，砂石行业可以更好地平衡生产发展和环境保护同时，政府、企业和要共同，制定和执行更加严格的环境保护政策，督促企业转向更加可持续的生产模式，为未来砂石行业的发展奠定坚实的基础。

1.2生产环境方面

现阶段大部分砂石生产的作业现场仍是露天堆放，其粉尘治理、雨天作业、堆存量大的通病迟迟难以得到较好的解决，这不仅变相增加了成本，也造成了资源的流失和对环境的破坏与污染。

而那些采取传统封闭结构的生产结构，其可分为全封闭棚和半封闭棚，通常全封闭矿棚的施工难度要高于半封闭矿棚，全封闭矿棚的施工周期长，且造价更高，

1.3生产过程方面

1.3.1生产前的准备工作

砂石行业缺乏生产前准备工作可能会导致生产效率低下、安全隐患增加以及资源浪费。以下是一些值得注意的方面：

（1）制定详细的生产计划：如果企业没有制定详细的生产计划，包括资源准备、设备调配和人员安排等方面，会导致生产过程中的混乱和不高效生产。

（2）充分的设备检查：生产前的准备工作应包括对设备的检查、维护和保养。如果企业缺乏这方面的工作，会导致设备故障、停工时间增加，进而影响生产计划的执行。

（3）岗前人员培训：如果员工在生产前未接受充分的培训，会无法正确操作设备，也无法应对紧急情况，这会增加事故风险，同时影响工作效率。

（4）资源合理配置：砂石行业可能受到原材料供应的影响，如果在生产前未做好充足的原材料准备工作，会导致生产中断、交货期或者不符合质量标准。

（5）安全准备充足：安全准备工作不足会导致事故发生的风险增加，这包括应急预案不足、防护装备不足和培训不足等。

（6）环保准备到位：如果企业在生产前未进行足够的环保准备工作，可能会导致大量温室气体排放引起空气和水污染，以及造成资源浪费的问题。

1.3.2生产过程中的把控工作

砂石行业在生产过程中可能存在一些把控短缺的表现，其中涉及到生产质量、安全管理、环境保护等方面。以下是一些需要把控的因素：

（1）质量把控方面：产品质量是砂石行业的重点之一。如质量把控不足会导致产品不符合规格要求，影响客户的重要关注点，甚至会违反法规标准。

（2）设备维护方面：如生产设备的维护不及时，会导致设备故障、停工时间增加，从而影响生产计划和效率。

（3）安全管理方面：安全事故会对员工和生产造成严重的影响。如缺乏有效的安全管理体系和培训计划会导致事故的发生，同时也会面临法律责任和生产中断。

（4）资源利用效率方面：砂石行业通常与自然资源直接相关，如水、土壤和能源。如资源管理不足会导致浪费，同时也会对环境产生不必要的影响。

（5）环境保护方面：如果砂石行业未有效控制废水、废渣和尘埃等污染物的排放，会导致环境污染，违反环保法规，并影响企业形象。

（6）能源消耗方面：如能源管理不足会导致生产过程中能源浪费，增加生产成本，且与可持续经营原则相悖。

（7）员工培训方面：如员工的专业培训不足会导致操作不当、质量控制不佳，甚至安全风险的增加。

（8）市场信息反馈方面：如缺乏有效的市场信息反馈机制，会导致企业对市场变化的响应不够迅速，影响产品的竞争力。

1.3.3转运过程中的把控工作

在砂石行业的转运工作中，一些过程中的行为把控会对生产效率、成本控制、安全性和环境产生重要影响。以下是一些可能涉及的表现：

（1）物流管理把控：如缺乏高效的物流管理系统会导致运输计划不顺利、车辆调度不当，影响砂石的及时供应和交付。

（2）车辆维护把控：如果砂石运输车辆的维护不及时，会导致车辆故障，增加维修成本，同时也会影响运输计划。

（3）路线选择把控：如选择不合理的运输路线可能导致运输时间、燃料增加消耗增加，从而降低整体运输效率。

（4）安全意识把控：安全培训和管理不足可能导致车主的不安全行为，增加交通事故的风险，对车主和其他道路使用者的安全构成威胁。

（5）环保措施把控：在砂石运输中，粉尘和颗粒物的排放是一个常见问题。如环保措施不足可能导致空气质量污染，对周围环境造成影响。

（6）信息技术应用把控：信息技术应用的不足可能导致对运输过程的监测和优化的不足，阻碍车队管理和路况调整的及时响应。

（7）装载把控：车辆超载可能导致安全风险和交通事故，而低效装载则可能增加运输成本。

（8）装卸操作把控：缺乏规范的装卸操作可能导致运输时间延长，影响车辆的周转率，增加运输成本。

（9）事故预案把控：如果在转运过程中发生意外，缺乏有效的事故预案可能导致故障的处理不当，增加事故的严重程度。

2.气膜结构概述

2.1气膜结构基本原理

气膜结构是一种创新的结构形式，其主要是利用薄膜构建的结构产品。这种结构设计常采用高强度的薄膜材料，如由聚脂纤维编织而成[1]。这一独特的设计理念使得气膜结构在多个领域表现出卓越的应用潜力，包括工业领域、温室、体育馆、展览馆等。气膜结构不仅能够快速建造，而且可以通过调节内部空气压力，实现结构形状和稳定性的调节。同时，膜结构的环保特性、功效利用、可调节性等优势，为创造高效、灵活的结构方案提供了独特且创新的选择[2]。

气膜结构采用高强度、耐老化柔性薄膜材料，利用膜内外空气压力差支撑膜体来覆盖大跨度空间。其原理是将膜材密封，固定在地面基础结构上，利用供风系统让膜内外气压差达到一定值，在气压差达到一定值后，膜体就具有足以抵抗外力的张力。由于利用气压作为支撑，内部无梁无柱可形成大跨度空间。充气膜结构主要以膜材料为基础，结合控制与监测系统、充气机械系统、进出入系统、加固系统组合而成[3]。

2.2气膜结构在砂石行业应用优势

气膜结构在砂石行业的生产过程中有一些显而易见的优势[4]：

（1）仓库覆盖和保护：气膜结构可以用于覆盖和保护储存的砂石材料防止外部环境对材料的损害。这对于保持原材料的质量和减少废弃十分有益。

（2）粉尘措施：在砂石行业中，尘埃是一个常见的问题。气膜结构可以起到干扰作用，减少尘埃对周围环境和设备的影响，同时提高工作场所的清洁度。

（3）温控和湿度控制：气膜结构可以用于维持储存区域的温度和湿度，有助于防止砂石过度干燥或吸湿，维持其理想的物理性质。

（4）作业环境改善：在一些需要对砂石进行特殊处理或筛分的场景中，气膜结构可以提供一个相对封闭和受控的作业环境，减少环境对生产过程的影响。

（5）防冻保温：在寒冷的气候条件下，气膜结构可以提供保温效果，防止砂石材料结冰，有利于保持其正常的物理性质。

（6）提高存储效率：通过气膜结构的使用，可以更有效地利用存储空间，提高砂石材料的存储效率，减少对额外存储设施的需求。

（7）环保考虑：对于一些对环境敏感的场景，气膜结构的使用可能有助于减少对周围环境的负面影响，符合环保和可持续经营的原则。

（8）灵活性和可移动性：气膜大棚结构相对轻便，容易拆卸和移动。这对于砂石行业中需要根据生产需求更改作业区域的情况非常有利。

（9）快速搭建：气膜大棚的建造速度通常比传统的钢结构快。这对于需要快速投入生产或在短时间内建设新的生产区域的情况下非常有益，气膜建设周期一般2-6个月，是传统彩瓦结构的1/4～1/6，且气膜不需要打桩，能在松软地基上建造，气膜基础抗拔，对地基承载力要求较低，基础非常简单。

（10）低成本：相对于钢结构，气膜大棚的建造和维护成本较低。这对于砂石行业等一些预算较为敏感的行业来说可能是一个重要的考虑因素，气膜建造成本一般比钢结构投资低30～50%左右。

（11）适应性强：气膜大棚适用于多种不同的用途，可以根据具体的生产需求进行调整和定制，具有较强的适应性。

（11）更安全：传统气膜施工在平地安装，无需高空拼装焊接，没有高空作业风险。气膜是轻质柔性结构，不受地震灾害影响，任何时候不会出现坍塌式伤害事故，抗台风性能好。

3.气膜结构在砂石行业生产各阶段中的应用

3.1气膜结构在砂石开采阶段的应用

在砂石行业的开采阶段，气膜结构可以提供临时性的覆盖、保护和环境控制，以改善工作条件、保护设备和材料，以及降低对周围环境的影响。以下为具体事项：

（1）设备覆盖：在采砂或采石的过程中，气膜结构可以覆盖设备，保护机械设备免受日晒雨淋、风蚀等自然因素的影响，延长设备使用寿命。

（2）临时储存：气膜结构可以用于搭建临时性的储存设施，用于仓库开采得到的砂石材料。这有利于防止材料的散失、污染以及减少对周围环境的影响。

（3）作业区域覆盖：在作业过程中，气膜结构可以覆盖作业区域，提供相对封闭和受控的环境，减少尘埃的扩散，改善作业条件。

（4）温控和湿度控制：在气候湿度的地区，气膜结构可以提供温暖和一些湿度控制，防止砂石材料在储存和运输过程中受到极端天气条件的影响。

（5）临时办公区：在采矿场附近搭建气膜结构，可以提供临时的办公区域，供工作人员使用，提高管理和协调效率。

（6）防冻保温：在寒冷季节，气膜结构可以提供保温效果，防止砂石材料结冰，有利于保持其正常的物理性质。

（7）环境保护：使用气膜结构有利于减轻对周围土壤和水源的污染风险，防止开采活动对自然环境造成不良影响。

（8）临时遮阳：在一些气候较热的地区，气膜结构可以提供遮阳，改善工作人员的工作环境，降低高温天气对工作效率的影响。

（9）灌溉水源覆盖：对于需要灌溉水源的一些矿区，气膜结构可以起到水源的覆盖，减少水源的蒸发和污染。

3.2气膜结构在砂石生产加工中的应用

在砂石筛分以及破碎阶段，气膜结构技术具有一些工艺的优势，有利于提高生产过程的效率、优化生产条件，同时改善工作环境。以下是气膜结构技术在砂石生产阶段的工艺优势：

（1）尘埃控制和防污染：气膜结构可以有效降低生产过程中产生的尘埃扩散，防止尘埃污染周围环境，减少对设备和工作人员的不利影响。

（2）环境调控：提供可控的环境条件，调节温度、湿度和通风，有助于创造一个的生产环境，提高生产效率，并保持砂石材料的理想状态。

（3）节能降耗：先进的气膜材料和设计能够提供良好的保温性能，减少对加热或冷却设备的依赖，从而降低能源消耗和生产成本。

（4）噪音控制：气膜结构的覆盖可以一定程度上减少污染过程中产生的噪音传播，改善工作环境，减少对周围社区的噪音干扰。

（5）设备保护：气膜结构的覆盖可以有效保护生产设备温度、气温升高等天气条件的作用，延长设备使用寿命，降低维护成本。

（6）作业灵活性：气膜结构的架构和感应强度相对较大，可根据需要调整和移动，提高干扰作业的灵活性和灵活性。

（7）遮阳作用：在高温环境中，气膜结构可以提供遮阳效果，降低工作人员在破坏设备周围的高温影响，提高工作效率和员工舒适度。

（8）防风保护：气膜结构的覆盖可以提供一定的防风效果，减少风对生产设备和材料的影响，提高设备的稳定性和可靠性。

3.3气膜结构在砂石转运过程中的应用

在转运过程中，气膜大棚可以提供天气保护，防止突变、风蚀等不利天气条件对砂石的影响，减少物料损失和质量下降，也有利于降低砂石在运输过程中产生的尘埃，改善工作环境，减少尘肺等职业病的风险。

4.气膜结构应用于砂石行业生产周期中的意义

气膜结构技术在砂石行业的生产周期中具有重要意义，包括提高效率、保护环境、改善工作条件以及推动可持续发展等方面[5]，具体如下：

（1）提高生产效率：气膜结构技术的研发可以改善砂石行业的生产过程，提高生产效率。通过提供环境控制、尘埃控制、温度调节等功能，可以减少生产过程中的不确定性和标准化，使生产更稳定和高效。

（2）保护原材料和设备：气膜结构技术的应用有助于保护砂石等原材料主机自然环境的损害，同时可以覆盖和保护生产设备，延长设备使用寿命，减少维护成本。

（3）改善工作环境：研发先进的气膜结构技术可以改善砂石行业的工作环境，包括提供防风、防风、提高控制湿度等功能，提高工作人员的舒适度，降低职业健康风险。

（4）减少资源浪费：通过气膜结构的使用，可以减少砂石在生产和转运过程中的损耗，提高资源利用效率，降低浪费。

（5）降低能源消耗：先进的气膜材料和设计可以提高保温性能，减少对加热或冷却设备的依赖，从而降低能源消耗，减少生产过程的碳足迹。

（6）环境保护：气膜结构技术有助于降低对砂石加工过程中对周边土壤和水源的污染风险，消除砂石行业对环境的不良影响，促进可持续发展。

（7）提高抗灾能力：拥有先进气膜结构的砂石生产设施可以提高对自然灾害（如风暴、极端天气等）的抗灾能力，减轻灾害造成的损失。

（8）推动创新与竞争力：研发气膜结构技术，有助于提高企业的竞争力，创新的气膜技术可以成为企业的独特卖点，吸引更多客户。

5.气膜应用于砂石行业中的应用案例

5.1 项目概况

湖北浠水县卧龙庵矿区气膜仓封闭工程由中成空间（深圳）智能技术有限公司承建，项目共分为4个单体膜，分别为陆域堆场1#、成品堆场1#、成品堆场2#、半成品堆场。总投影面积为94152㎡，（半成品堆场：长*宽*高=128m*63m*36.169米，基础4~11.37米高，地下2~4米，出地面2~7.37米，投影面积8064㎡；成品堆场1#：长*宽*高=209m*149m*60.188米，基础5.5米高，地下2.5米，出地面3米，投影面积31141㎡；成品堆场2#：长*宽*高=119m*76m*36.95米，基础5米高，地下2米，出地面3米，投影面积9044㎡；陆域堆场1#：长*宽*高=429m*107m*43米，基础5.5米高，地下2.5米，出地面3米，投影面积45903㎡。）

本项目采用中成空间专利技术“气膜建筑索网技术”、“超大跨度气膜建筑拉索装置”，内部形成无梁无柱的超大空间，并设计有气膜皮带穿廊通道，确保气密性的同时满足砂石生产运输需求。项目同时配备自主研发的智能控制系统，可以实现包括气膜建筑内外气压、风压及雪荷载等在内的全面监控及预警，并智能控制设备变频运行维持气压稳定，确保结构安全；设有故障报警及设备自动切换运行功能，保证气膜结构安全；通过无线模块，可以实现对气膜各项智能设备的远程控制。

图1：湖北浠水县卧龙庵矿区气膜仓封闭工程项目航拍图

图2：湖北浠水县卧龙庵矿区气膜仓封闭工程项目航拍图

图3：湖北浠水县卧龙庵矿区气膜仓封闭工程项目外立面

图4：湖北浠水县卧龙庵矿区气膜仓封闭工程项目气膜内

5.2 社会效益及意义

本项目采用气承式膜结构，通过科学合理设计，能抵御13级台风，具备防盐雾、耐腐蚀功能，内部无梁无柱，大大提高了封闭堆场的空间利用率，可一次性存放50万吨的煤炭、铁矿石等散货，每年可减少碳排放约100吨，配合采用远程监控、无人值守等先进技术手段，实现所有气膜设备全自动智能运行、故障自动切换修复等功能，该气膜仓投运后构成网格化监测、智能化控制、精准化治理的完整闭环，减少堆场因雨雪天气造成的水污染及物料损失，实现经济、环保、社会效益多赢，成为矿山堆场践行“两山”理念，建设绿色矿山，推进长江经济带区域协同发展的有力支撑的示范标杆项目。

6.结语

在砂石行业的生产周期中，气膜技术的引入标志着对绿色节能理念的积极响应。通过在物料输送和处理过程中的智能应用，气膜技术不仅实现了显著的能源效益，降低了生产线整体的能耗，更在环保方面取得了显著成就。减少有害气体和颗粒物排放，成为行业实现更清洁空气质量的推动力。

此外，气膜技术的运用也对资源的循环利用产生了深远的影响，减少了原材料的浪费，提高了生产过程的可持续性。通过减少损耗，我们为实现资源有效利用的目标迈出了坚实的一步。同时，对于工作环境的改善也不可忽视，气膜技术的应用减少了粉尘和噪音的产生，为员工创造了更为安全和宜人的工作环境。

总的来说，气膜技术在砂石行业的推广不仅提高了生产效率和产品质量，更在绿色节能方向上取得了卓越的成就。这一切的努力既是对环保责任的践行，也是对可持续发展目标的积极贡献。随着技术不断演进，相信气膜技术将在未来继续为砂石行业的绿色转型提供有力支持，共同构建更加清洁、高效的生产未来。

参考文献：

[1] 陈敬收.气承式膜结构封闭技术在砂石骨料堆场的研究与应用[J].云南水力发电,2023,39(03):331-336.

[2] 尚明.一种太阳能光伏气膜港口散货堆料仓[J].港口科技,2023(02):34-39.

[3] 张其林.膜结构在我国的应用回顾和未来发展[J].建筑结构,2019,49(19):55-64.

[4] 苟元松. 气膜在砂石行业低碳减排应用技术[C]//中国砂石协会.第九届全国砂石骨料行业科技大会论文集.2022:9.

[5] 朱立立,田中源,王森森. 零碳背景下绿色矿山光伏气膜产品研究与应用[C]//中国砂石协会.第十届全国砂石骨料行业科技大会论文集.2023:14.

来源：第八届中国国际砂石骨料大会论文集