礦井斜巷排水使用PE管可行性分析及應(yīng)用

孫興林

摘 要：本文首先從PE管的抗壓強(qiáng)度進(jìn)行分析，得出在斜巷可使用PE管進(jìn)行排水的理論依據(jù)，根據(jù)PE管耐壓強(qiáng)度，在斜巷坡度一定時(shí)，可得出斜巷內(nèi)使用PE管排水長度，而對于斜巷長度超過使用界限的，可進(jìn)行分級(jí)排水，降低材料成本消耗。其次，通過對排水泵輸出壓力進(jìn)行驗(yàn)證，PE管用于排水管是能滿足要求的。最后通過排水管路成本分析，提出煤礦斜巷排水時(shí)，使用PE管代替?zhèn)鹘y(tǒng)鋼管在成本上有很大優(yōu)勢，可在煤礦斜巷施工中推廣使用。

關(guān)鍵詞：排水;耐壓強(qiáng)度;可行性分析;成本消耗

1.概述

隨著煤礦精益化管理水平的提高，成本的管控逐步深入。如何在滿足安全生產(chǎn)需要的前提下，最大限度的降低成本的消耗，是現(xiàn)在礦山生產(chǎn)過程中當(dāng)前亟需解決的問題之一。在礦井生產(chǎn)中，下山掘進(jìn)過程必須提前做好出排水設(shè)計(jì)，配置足夠的排水設(shè)施以及滿足排水能力的管路。通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較分析，可得出理論上的可行性方案，選取出滿足需要的方案設(shè)計(jì)，并進(jìn)行經(jīng)濟(jì)成本分析，可最大程度降低成本消耗，提高經(jīng)濟(jì)效益。

2.理論計(jì)算

斜巷巷道從下往上排水時(shí)，水對管壁的壓力計(jì)算可簡化為圖1所示理論模型，其中o點(diǎn)處水對管壁壓力最大。

O點(diǎn)處管壁壓力計(jì)算公式為：

ρ表示液體密度;g表示重力加速度，9.8m/s2;h表示巷道的垂深，單位為m;l表示巷道斜長，單位為m;α表示巷道坡度;P表示為o點(diǎn)處壓力

假設(shè)排水管路最大耐壓強(qiáng)度為P管只有當(dāng)時(shí)（K為安全系數(shù)），排水管路即能滿足排水壓力的需要，根據(jù)式（1）可得排水垂直高度h為：

ρ表示液體密度;g表示重力加速度;h表示液體垂直深度，單位為m;k表示安全系數(shù);

3.現(xiàn)場應(yīng)用分析

3.1 工程概況

十八采區(qū)膠帶巷斜巷段設(shè)計(jì)長度約550m，工作面沿16°下山施工，工作面正常掘進(jìn)時(shí)最大涌水量為180m3/h，為避免不可預(yù)知的水文地質(zhì)災(zāi)害，設(shè)計(jì)配置排水泵最大排水能力為180m3/h，斜巷段配置排水管路最大排水能力為300m3/h，設(shè)計(jì)為一趟4吋、兩趟六吋排水管路。

3.2 PE管可行性分析

當(dāng)前斜巷段施工約300m，配備的排水管路分別為4吋、6吋PE管，該P(yáng)E管耐壓強(qiáng)度行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)為不低于1.6MPa，即：

ρ表示液體密度，取1×103kg/m3;g表示重力加速度，9.8m/s2;h表示液體垂直深度，單位為m;k表示安全系數(shù)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取1.2

帶入數(shù)據(jù)得：

巷道為16°下山施工。由式（2）可得：

帶入數(shù)據(jù)得：

通過以上理論計(jì)算，由式（9）可知，巷道坡度在16°時(shí)，排水鋪設(shè)PE管最大可鋪設(shè)493m。

根據(jù)十八采區(qū)膠帶巷設(shè)計(jì)，巷道垂高150m，直接鋪設(shè)聚乙烯PE管進(jìn)行排水，管壁壓力不能滿足排水需要。如果在巷道斜巷段不大于493m處布置聯(lián)巷，將永久泵坑布置在聯(lián)巷內(nèi)，采用二級(jí)排水，上下兩段則均可以使用聚乙烯排水管。

3.3 排水泵輸出壓力計(jì)算

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，十八采區(qū)主要使用MD85-45×3型多級(jí)泵和BQS80-80/37N排沙泵。

其中多級(jí)泵最大揚(yáng)程為135m，流量為85m3/h，帶入式（1）多級(jí)泵輸出壓力為：

排沙泵最大揚(yáng)程為80m，流量為80m3/h，帶入式（1）計(jì)算為：

由式（12）可知，多級(jí)泵和排沙泵輸出的最大壓力均小于PE管的最小耐壓強(qiáng)度，從排水泵的配置情況來看，使用PE管能夠滿足排水需要。

4.技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

根據(jù)十八采區(qū)膠帶巷排水設(shè)計(jì)，該斜巷需鋪設(shè)三趟排水管路，一趟4吋，兩趟6吋，亦能滿足排水需要。

目前礦井采用的排水管路材質(zhì)有兩種，一種是鋼管，一種是PE管。4吋鋼管、PE管規(guī)格均為Φ108×4.5m，6吋鋼管、PE管規(guī)格為Φ159×6m。根據(jù)4吋鋼管價(jià)格為160元/節(jié)， 4吋PE管價(jià)格為70元/節(jié)，在滿足排水設(shè)計(jì)需要的情況下，使用PE管排水每節(jié)省90元。

6吋鋼管價(jià)格為320元/節(jié)， 6吋PE管價(jià)格為160元/節(jié)，在滿足排水設(shè)計(jì)需要的情況下，使用6吋PE管排水每節(jié)省160元。

從以上分析可知，在滿足排水設(shè)計(jì)需要的情況下，使用PE管比使用鋼管在材料成本上有很大的優(yōu)勢。

5.小結(jié)

通過上述理論計(jì)算可知，十八采區(qū)膠帶巷在沿16°下山施工期間，當(dāng)斜巷長度不大于493m時(shí)，根據(jù)PE管耐壓強(qiáng)度方面分析，鋪設(shè)PE管用于排水在理論可行的。從十八采區(qū)膠帶巷配備的排水泵型號(hào)計(jì)算，使用PE管能滿足排水需要。目前十八采區(qū)膠帶巷施工至斜巷段300m，使用MD85-45×3型多級(jí)泵和BQS80-80/37N排沙泵，配合4吋、6吋PE排水管進(jìn)行排水，現(xiàn)場使用情況來看，6吋聚乙烯PE管能夠滿足排水需要。

在經(jīng)濟(jì)技術(shù)成本上進(jìn)行分析，使用PE管進(jìn)行排水時(shí)，每節(jié)4吋排水管在成本上可節(jié)余90元，每節(jié)6吋排水管在成本上可節(jié)余160元，在300m斜巷中布置一趟4吋、兩趟6吋PE管排水管路，可節(jié)約22030元，成本節(jié)約空間較大。

在斜巷大于493m時(shí)，一次使用PE管作為排水管不能滿足需要時(shí)，可采用分級(jí)排水，讓每級(jí)排水長度均小于493m，這樣就可以在每級(jí)排水時(shí)使用PE管，從而能夠降低排水管布置的成本，此外，由于PE管較為輕便，在搬運(yùn)、安裝、拆除等環(huán)節(jié)中均較為方便，尤其在斜巷中使用，安全系數(shù)高，能大大提高工人施工安全系數(shù)。

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