浅谈超千米立井井筒排水管路的设计

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【摘要】结合磁西一号矿副井排水管路设计，从管路材质、壁厚确定和管路连接方式几个方面，对超千米立井排水管路设计进行了分析，解决了超千米立井排水管路设计的关健技术，并减少了工程投资，以供设计人员参考。

【关键词】千米立井；排水管路；管路材质；壁厚确定；管路连接方式

1、引言

随着矿井开采深度的增加，超千米的立井越来越多，我公司设计的磁西一号矿副井井筒净直径8m，井筒深度达1340m，排水高度为1304m，为亚洲第一深井。井筒内安装有一趟D377排水管路，对于如此深的井筒，如何合理的确定排水管路的材质、壁厚和连接方式成为重要课题之一。

2、排水管路材质确定

目前，国内绝大部分立井井筒排水管路均采用输送流体用无缝钢管，由于无缝钢管相对于焊接钢管而言，管材的许用应力大，承压能力大，故本排水管路亦选用输送流体用无缝钢管。

依据国家标准《输送流体用无缝钢管》（GB/T 8163），无缝钢管由10、20、Q295、Q345、Q390、Q420、Q460牌号的钢制造，国内市场上10、20、Q345B牌号的无缝钢管货源充足，而Q390以上牌号的无缝钢管比较少，需要厂家排产，生产周期长，且只有达到一定的批量厂家才肯制造，因此价格较高。对于本矿而言，管路材质在20#钢和Q345B钢之间选择最为合理。下文从管路壁厚、温度应力及工程造价等方面对两种材质的管路进行分析。

2.1管路壁厚

国家标准《煤矿井下排水泵站及排水管路设计规范》（GB 50451）规定，钢管管壁厚度应按下式计算：

无缝钢管

式中：

2.2温度应力

由于立井井筒排水管路安装时需要固定在两盘支撑梁之间，管路不能自由伸缩，因温度变化而引起管路发生热胀冷缩产生的温度应力会使支撑梁承受附加的作用力，其大小可按下式计算：

2.3工程造价

以天津钢管股份有限公司生产的钢管为例，Q345B钢的无缝钢管价格约为5500元/t，20#钢的无缝钢管价格约为5200元/t，整趟管路前者的重量约为179t，后者的重量约为217t，前者的购置费用较后者节约14.39万元。

综上所述，采用Q345B钢的无缝钢管较20#钢的无缝钢管不仅管路的重量轻、造价低，且温度应力小，从而能够减小托管梁的外形尺寸和重量，有利于井筒管路的布置和安装。

3、管路壁厚的分段

管路的壁厚不仅与管路直径有关，更与排水高度有关，管路的壁厚从上至下是逐渐增加的，排水高度越大，管路壁厚的差别越大。由于本矿井排水高度达1304m，若管路从上至下选择同一种壁厚，工程造价太高，造成极大的浪费；若分段太多，虽然工程造价低，但不便于采购和安装，影响工程进度，故设计分四段选择管路壁厚。

第一段+155m～-245m管路壁厚为9mm；

第二段-245m～-595m管路壁厚为14mm；

第三段-595m～-895m管路壁厚为19mm；

第四段-895m以下管路壁厚为24mm。

从上至下选择同一种壁厚24mm时，整趟管路的重量为272t，分段选择管路壁厚时，整趟管路的重量仅为179t，后者较前者轻93t，购置费用节约51.15万元（钢管价格按5500元/t计算）。

4、管路连接方式确定

目前，较深的立井井筒排水管路的连接方式主要有：法兰连接、对焊连接和套管插焊连接。

法兰连接：法兰连接附件多，不仅工程造价高，也影响工程进度，且后期维护量大。尤其是连接螺栓的预紧力难以达到设计要求，法兰之间易发生漏水现象。

对焊连接：不需要管路连接件，工程造价低，后期维护量小，但施工难度大，由于管路外径存在偏差，管路对中困难，焊接间隙难以保证，影响焊接质量和施工进度。

套管插焊连接：较对焊连接施工容易，施工进度快，焊接质量和管路的垂直度容易保证，后期维护量小。

综合以上三种连接方式，管路采用套管插焊连接是既经济又合理的一种连接方式。

5、结语

对于超千米立井井筒排水管路，选用Q345B钢制造的无缝钢管、分段选择管路的壁厚和采用套管插焊连接，不仅能降低工程造价，也有利于井筒管路的布置和安装。