矿井斜巷排水使用PE管可行性分析及应用

孙兴林

摘 要：本文首先从PE管的抗压强度进行分析，得出在斜巷可使用PE管进行排水的理论依据，根据PE管耐压强度，在斜巷坡度一定时，可得出斜巷内使用PE管排水长度，而对于斜巷长度超过使用界限的，可进行分级排水，降低材料成本消耗。其次，通过对排水泵输出压力进行验证，PE管用于排水管是能满足要求的。最后通过排水管路成本分析，提出煤矿斜巷排水时，使用PE管代替传统钢管在成本上有很大优势，可在煤矿斜巷施工中推广使用。

关键词：排水;耐压强度;可行性分析;成本消耗

1.概述

随着煤矿精益化管理水平的提高，成本的管控逐步深入。如何在满足安全生产需要的前提下，最大限度的降低成本的消耗，是现在矿山生产过程中当前亟需解决的问题之一。在矿井生产中，下山掘进过程必须提前做好出排水设计，配置足够的排水设施以及满足排水能力的管路。通过技术经济比较分析，可得出理论上的可行性方案，选取出满足需要的方案设计，并进行经济成本分析，可最大程度降低成本消耗，提高经济效益。

2.理论计算

斜巷巷道从下往上排水时，水对管壁的压力计算可简化为图1所示理论模型，其中o点处水对管壁压力最大。

O点处管壁压力计算公式为：

ρ表示液体密度;g表示重力加速度，9.8m/s2;h表示巷道的垂深，单位为m;l表示巷道斜长，单位为m;α表示巷道坡度;P表示为o点处压力

假设排水管路最大耐压强度为P管只有当时（K为安全系数），排水管路即能满足排水压力的需要，根据式（1）可得排水垂直高度h为：

ρ表示液体密度;g表示重力加速度;h表示液体垂直深度，单位为m;k表示安全系数;

3.现场应用分析

3.1 工程概况

十八采区胶带巷斜巷段设计长度约550m，工作面沿16°下山施工，工作面正常掘进时最大涌水量为180m3/h，为避免不可预知的水文地质灾害，设计配置排水泵最大排水能力为180m3/h，斜巷段配置排水管路最大排水能力为300m3/h，设计为一趟4吋、两趟六吋排水管路。

3.2 PE管可行性分析

当前斜巷段施工约300m，配备的排水管路分别为4吋、6吋PE管，该PE管耐压强度行业标准为不低于1.6MPa，即：

ρ表示液体密度，取1×103kg/m3;g表示重力加速度，9.8m/s2;h表示液体垂直深度，单位为m;k表示安全系数，根据经验取1.2

带入数据得：

巷道为16°下山施工。由式（2）可得：

带入数据得：

通过以上理论计算，由式（9）可知，巷道坡度在16°时，排水铺设PE管最大可铺设493m。

根据十八采区胶带巷设计，巷道垂高150m，直接铺设聚乙烯PE管进行排水，管壁压力不能满足排水需要。如果在巷道斜巷段不大于493m处布置联巷，将永久泵坑布置在联巷内，采用二级排水，上下两段则均可以使用聚乙烯排水管。

3.3 排水泵输出压力计算

根据设计要求，十八采区主要使用MD85-45×3型多级泵和BQS80-80/37N排沙泵。

其中多级泵最大扬程为135m，流量为85m3/h，带入式（1）多级泵输出压力为：

排沙泵最大扬程为80m，流量为80m3/h，带入式（1）计算为：

由式（12）可知，多级泵和排沙泵输出的最大压力均小于PE管的最小耐压强度，从排水泵的配置情况来看，使用PE管能够满足排水需要。

4.技术经济分析

根据十八采区胶带巷排水设计，该斜巷需铺设三趟排水管路，一趟4吋，两趟6吋，亦能满足排水需要。

目前矿井采用的排水管路材质有两种，一种是钢管，一种是PE管。4吋钢管、PE管规格均为Φ108×4.5m，6吋钢管、PE管规格为Φ159×6m。根据4吋钢管价格为160元/节， 4吋PE管价格为70元/节，在满足排水设计需要的情况下，使用PE管排水每节省90元。

6吋钢管价格为320元/节， 6吋PE管价格为160元/节，在满足排水设计需要的情况下，使用6吋PE管排水每节省160元。

从以上分析可知，在满足排水设计需要的情况下，使用PE管比使用钢管在材料成本上有很大的优势。

5.小结

通过上述理论计算可知，十八采区胶带巷在沿16°下山施工期间，当斜巷长度不大于493m时，根据PE管耐压强度方面分析，铺设PE管用于排水在理论可行的。从十八采区胶带巷配备的排水泵型号计算，使用PE管能满足排水需要。目前十八采区胶带巷施工至斜巷段300m，使用MD85-45×3型多级泵和BQS80-80/37N排沙泵，配合4吋、6吋PE排水管进行排水，现场使用情况来看，6吋聚乙烯PE管能够满足排水需要。

在经济技术成本上进行分析，使用PE管進行排水时，每节4吋排水管在成本上可节余90元，每节6吋排水管在成本上可节余160元，在300m斜巷中布置一趟4吋、两趟6吋PE管排水管路，可节约22030元，成本节约空间较大。

在斜巷大于493m时，一次使用PE管作为排水管不能满足需要时，可采用分级排水，让每级排水长度均小于493m，这样就可以在每级排水时使用PE管，从而能够降低排水管布置的成本，此外，由于PE管较为轻便，在搬运、安装、拆除等环节中均较为方便，尤其在斜巷中使用，安全系数高，能大大提高工人施工安全系数。

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