矿井工业场地管线敷设方式研究

2023-11-14任歆雨

陕西煤炭 2023年6期

任歆雨

(中煤西安设计工程有限责任公司,陕西西安 710054)

0 引言

煤矿工业场地用于布置煤炭企业的生产设施及其配套公共设施等,一般主要布置有主副井、辅助生产设施、主要生产设施及行政办公设施等[1-2]。

目前,矿井工业场地管线敷设方式大多采取埋地的敷设方式。经设计回访发现,由于近年来陕晋蒙地区降雨量增多,使得地下水位上升,导致埋地敷设普遍存在管沟积水、检修困难等问题。因此,有必要对管线敷设方式进行探讨,并对管线埋地敷设与架空敷设进行技术及经济比较。

1 管线布置的一般原则

管线布置的一般原则:①满足场地内建筑物给水、排水、消防、供配电、供暖的使用要求。②各种管线的敷设应充分考虑建构筑物、交通运输及人行的安全,并且应防止管线受振动、腐蚀等影响而损坏。③管线布置应与场地总平面及竖向布置统一考虑,与场地各建构筑物、道路及绿化景观相协调。④节约用地,管线应根据其不同的特性和要求采用共沟或共架综合布置。⑤应充分考虑的后期的维护及发展。⑥节省投资,力求经济合理[3]。

2 管线敷设方式及比较

管线敷设方式,一般分为埋地敷设和架空敷设2种。埋地敷设分为直埋和地沟管敷设;架空敷设是指将管道架设于地上支架敷设[4]。

2.1 埋地敷设

埋地敷设不影响美观和交通,是管线敷设广泛采用的方式。埋地敷设又分为直埋和地沟敷设2种,其中地沟敷设是指将管道安装于地沟内,管道及其保温结构受地沟保护。

工业厂区内的管线采用埋地敷设时,通常应用地沟敷设。地沟可以承受有效土压力和地面荷载,并防止水的侵入。根据地沟内人行通道的设置情况,可分为通行地沟、半通行地沟和不通行地沟。通行地沟工作人员可自由通过,并能保证检修及更换管道等。半通行地沟内留有高度约为1.2～1.4 m且宽度不小于0.5 m的人行通道,操作人员可以在半通行地沟内检查管道和进行小型修理工作,但更换管道等大型修理工作仍需挖开地面进行。不通行地沟的横截面较小,只需保证管道施工安装的必要尺寸。

埋地敷设的优点:封闭环境运行,可靠性好,热损失小;通行地沟便于检修、维护;地下布置可有效减少占地面积,不影响场区环境。

埋地敷设的缺点:施工周期长,造价高;受地下水和土质影响大,存在管沟积水的风险[5]。

在工程地质条件较好,地下水位较低,土壤和地下水无腐蚀性,地形较平坦,风速较大并要求管线隐蔽时,对无易燃、易爆、有毒、有害的液体管道、含湿的气体管道以及电缆和水力输送管道等,可采用埋地敷设。

2.2 架空敷设

架空敷设,是指将管道敷设在地面上的独立支架或建筑物的附墙支架上。按照支架的高度不同,有低支架、中支架、高支架3种敷设方式。工业场地常用高支架,管道保温结构底距地面净高4.0～6.0 m,管架通常采用钢筋混凝土结构。

在寒冷地区采用架空敷设时,供暖和给排水管道需加厚保温层,给排水管道还需采用电伴热保温。同时需根据电伴热功率增加电伴热控制箱若干台。电伴热系统复杂,耗电量较大,与管沟相比保温可靠性较差,保温层材料还需考虑极端温度的耐腐蚀性、防潮性、热稳定性。

架空敷设的优点:架空敷设不受地下水位、土质和其他地下管线的影响;能适应复杂地形;构造简单,管路明显易辨,易于发现和消除故障,维修管理方便[5-6]。

架空敷设的缺点:室外架空管道长时间裸露在露天场所,保温层及支架等易受日晒雨淋的侵蚀,易老化,管道的热损失较大,维修工作量大;在寒冷地区,水管、蒸汽管等需加设保温层及电伴热;场地立面易拥挤、凌乱,影响美观[7-8]。

在地形复杂、多雨潮湿、地下水位较高、冻层较厚、土壤和地下水的腐蚀性较大以及铁路道路较多的厂区,地下管线纵横交错、稠密复杂的地区,湿陷性黄土地区和永久性冻结地区,除重力自流管线外的其他管线可以采用架空敷设方式[9-10]。

3 工程实例

3.1 项目基本情况

大海则井田位于陕西省榆林市榆阳区西部,行政区划隶属榆阳区补浪河乡所管辖,西部靠近内蒙古自治区。该井田位于毛乌素沙漠南缘,区内以沙漠滩地及半固定沙丘地貌为主。区内地势平坦,地形起伏不大。所在区域属中温带半干旱大陆性季风气候,冬季延续长达近6个月,冬季严寒干燥,夏季气温较为平和;冷热多变,昼夜温差较大。每年11月至次年3月为冰冻期,全年无霜期短,元月初至5月初为季风期,多为西北风,春季时有沙尘暴天气[11]。

根据工程勘察报告,区域内无不良地质,土壤和地下水无腐蚀性,地形平坦,季风期风速较大,地下水位相对于场地设计标高,埋深介于4.3～8.2 m[12]。

矿井工业场地占地面积为36.20 hm2,总平面布置根据场地内各建筑物的功能,利用场内道路将场地划分为行政办公区、主立井作业区、辅助生产区和回风井作业区共4个区域。结合自然地形及场地总平面布置,竖向设计采用连续式平场、平坡式布置形式[11]。

3.2 管线设计概况

在平面综合布置方面,管线较多的主通道布置有给排水和供热管线15至20根。通过以下几处举例说明:①无轨胶轮车库与水处理设施之间,布置有供热管线6根,给排水管线8根(其中有压管线7根,重力自流管线1根);②乏风热泵机房南侧与3号宿舍楼之间,布置有供热管线11根,给排水管线7根(其中有压管线6根,重力自流管线1根);③2号公寓楼北侧,布置有供热管线8根,给排水管线11根(其中有压管线10根,重力自流管线1根)。

各专业管线布置及通道内管线数量情况如图1所示。

图1 管线布置示意

3.3 管线敷设方案

为保证行政福利区景观不受影响,建议管线在行政福利区内采取直埋的敷设方式,管线敷设方式的比较在其余生产区范围内进行。无论采用哪种管线敷设方案,照明电缆、重力自流的污水管都须采用直埋敷设,故方案比较仅针对除照明电缆及污水管之外的管线。

3.3.1 管线埋地敷设方案

供热管线与有压给排水管线采用共沟敷设,电专业管线除照明电缆外采用电缆沟敷设。

水暖综合沟:根据管线数量及管径,除个别路段外,均采用通行地沟,主要断面尺寸(宽×高)有以下几种:3 000 mm×3 500 mm,2 500 mm×2 400 mm,2 200 mm×2 000 mm,1 400 mm×2 000 mm。地沟及检查井均采用钢筋混凝土结构,通行地沟采用全防水型做法。当其他非供热管道穿综合管沟时,需考虑预留穿沟防水套管,预留套管应与综合管沟施工同步实施,套管与沟壁应做好防水处理。支沟与主沟连接处,待管道安装就位后应做封堵防水处理。典型水暖综合沟断面如图2所示。

图2 典型水暖综合沟断面

管材及保温措施,沟内供暖管线采用预制聚氨酯保温管,保温层厚度60 mm。

给排水管线中,热水供、回水管道均采用HC双金属复合管,黄泥灌浆管道、压力排水管道采用焊接钢管,井下排水管道、钢套管采用螺旋缝卷焊钢管,其余管道采用内外涂环氧树脂复合钢管。所有给排水管道均无需采取特殊保温措施。

电缆沟:采用钢筋混凝土半通行地沟,断面尺寸为1 800 mm×1 500 mm(宽×高),沟内双侧安装7排支架,支架水平间距为0.8 m。电缆沟坡度与道路坡度保持一致,沟顶覆土不小于300 mm。电缆沟采用分段排水方式,每隔50 m左右设置集水井。电缆沟断面形式如图3所示,电缆沟走向如图4所示。

图3 电缆沟断面

图4 管沟走向示意

3.3.2 管线架空敷设方案

为保证节约用地及场地交通运输的顺畅,架空敷设方案采用高支架的综合管架。

管路支架布置形式:架空管架共有7类管架布置横断面,对应8类管路支架布置形式。为保证场地内交通运输不受影响,各类管路支架均保证净空高度为5.0 m。地下基础部分深2 m,地上部分总高度为7.5～9.2 m,宽度为1.8～4.8 m。典型管路支架布置如图5所示。

图5 典型管路支架布置

管架布置形式:根据管线种类和数量不同,上部管架大多3层,局部4层。最上层为电力电缆,中间层为给排水管线,最下层为供暖管线。其中电力电缆层共设有高压电缆桥架4个、低压电缆桥架3个、弱电电缆桥架1个,截面尺寸均为800 mm×200 mm,每节6 m。典型管架断面如图6所示。

图6 典型管架横断面

管材及保温措施:供暖管线采用预制聚氨酯保温管,保温层厚度100 mm。架空的消防给水管道应更换管材及消火栓。本次设计给排水管网中,消防系统工作压力为1.25 MPa,自喷系统工作压力为0.7 MPa,架空敷设方案中须将消防给水管和自喷给水管的管材更换为热浸镀锌无缝钢管。

所有给排水管线应加设聚氨酯保温材料,保温层厚度50 mm。另外,为保证冬季管道的正常使用,还需采用电伴热措施,加设电伴热带14 680 m,增加电伴热功率367 kW、电伴热控制箱10台。按每年使用电伴热的时间同采暖季时间5个月、电价为1.0元/kWh计算,每年电伴热的电费为132.12万元。

支架防腐措施:可选用普通防腐或热镀锌防腐。采用普通防腐技术,刷环氧富锌底漆1道,环氧云铁中间漆2道,丙烯酸聚氨酯面漆2道,面漆白色,干膜总厚度150 μm。普通防腐的初期建设成本低,但易生锈老化,使用寿命短(3～5 a),且严重影响厂区美观;采用热镀锌技术,热镀锌层厚度150 μm。热镀锌材质抗腐蚀性好,可长时间有效地保护钢体,锌镀层具有良好的延展性,在进行各种折弯、搬运撞击时都不会轻易掉落,并且镀锌美观大方,具有装饰性。热镀锌防腐虽初期投入成本大,但美观、防锈、防蚀,使用寿命长(15～20 a)。从远期效果上看,推荐选用热镀锌防腐措施。