白 靈

（煤炭工業(yè)鄭州設計研究院股份有限公司,河南鄭州,450000）

供熱管道直埋敷設在煤礦中的應用

白 靈

（煤炭工業(yè)鄭州設計研究院股份有限公司,河南鄭州,450000）

近年來，供熱管道直埋敷設應用越來越廣泛，而且在實踐中積累經驗，不斷向前發(fā)展。對于供熱管道直埋敷設而言，其安裝方式多樣，不同安裝方式也需要不同的應力計算方法。目前，直埋敷設安裝方式的選擇比較混亂，主要是沒有正確認識直埋敷設安裝方式的適用條件。

供熱管道；有補償直埋敷設；無補償預熱安裝；無補償冷安裝；煤礦

在供熱工程方面，新技術層出不窮，像供熱管道直埋敷設就屬于一種不斷發(fā)展與進步的敷設技術，它也是當前比較常用敷設方式，其優(yōu)點有占地少、施工周期短、維護量少、節(jié)約投資、壽命長等等。伴隨著我國城市供熱管網規(guī)模的不斷擴大，舊的直埋敷設管道設計和施工方法已經落后于時代，無法與先進技術相媲美。煤礦屬于特殊企業(yè)，各個煤礦都離不開供熱設施，供熱管網自然成了一個不可缺少的重要環(huán)節(jié)。大部分煤礦位置偏遠、地形復雜，除建筑供暖管道以外，礦井井筒防凍、浴室供熱都需要專管供熱，即供熱管網管道密集，敷設情況相當復雜。因此，本文將進一步分析供熱管道直埋敷設在煤礦場區(qū)的應用情況，以供借鑒。

1 直埋敷設管道的管段類型

1.1 過渡段

過渡段主要是為管道的一端與補償器相連接，具體地說，確定設有補償器的一點A，一旦溫度發(fā)生變化，管道就會自由地進行伸縮；再當管道截面由A點漸漸向B點移動時，在管道與周圍土壤之間產生的巨大摩擦力作用下，管道熱伸長就會嚴重受到阻礙；隨后，當管道截面的位置漸漸B點靠近時，這時的摩擦阻力就會增加至與溫度熱脹力相等的水平，從而使管道無法再向補償器側伸長，即使之形成自然嵌固狀態(tài)。這類管段中，可以發(fā)現(xiàn)管道熱伸長由自由伸縮過渡到嵌固狀態(tài)，由于管道的各個位置都有不同程度的熱伸長，所以溫度應力表現(xiàn)為部分釋放。因此，從強度角度來分析，過渡段并非是整個管道的最薄弱環(huán)節(jié)，它的主要任務是為了確定管道的熱伸長量，進而合理選擇補償器。

1.2 嵌固段

所謂嵌固段，主要是在土壤摩擦阻力的作用下，管段進入了自然嵌固狀態(tài)，于是管道的熱伸長完全受到阻礙，同時管道熱伸長完全受阻以后，其熱脹應力就留在了管壁中。因此，嵌固段是全線應力最大的直線管段，才是真正屬于直管段強度驗算的重點。與此同時，在運作的情況下，熱脹應力對管段形成軸向壓縮應力，會導致管道縱向失穩(wěn)，最終隆出地面，所以穩(wěn)定性驗算不可忽視。

1.3 L型管段

所謂L型管段，主要類似與地溝敷設的L型自然補償器，不同的一點是，此管段可以使直管壁只能發(fā)生側向補償變形，其余

部分的直管壁僅能作軸向位移，不對固定點產生側向推力。同時，相連的L型管段無法組成z型補償段，直管壁的變形及應力狀態(tài)相似于過渡段，因此它也可以稱為過渡段，其計算重點為彎頭元件的強度驗算。

2 供熱管道直埋敷設方式及要求

供熱管網的直埋敷設，主要應用于城市集中供熱工程中，不只在國外，就是在國內也已經被廣泛應用。供熱管道直埋敷設的應力計算、實施方法都與其安裝方式有關，而供熱管道直埋敷設安裝方式又分為兩種：一是有補償直埋敷設；二是無補償直埋敷設。

2.1 有補償直埋敷設

有補償直埋敷設是在管道系統(tǒng)中設置補償器，或者設置膨脹彎管，然后利用補償器或彎管吸收由溫差產生的熱伸長量，以便解決管道膨脹位移的問題，確保管道的二次應力和一次應力的綜合應力不超過鋼材許用應力，保持鋼管始終處在彈性范圍內工作。

2.2 無補償直埋敷設

無補償直埋敷設是在管道系統(tǒng)中不設置補償器，而是應用預熱方式，或者通過驗校管道的強度和穩(wěn)定性，從而使管道的運行安全、可靠。進一步分析，無補償直埋敷設還可以細細進行劃分，其一為無補償冷安裝方式，其二為無補償預熱安裝方式。

無補償冷安裝方式，指在供熱管網的工作溫度范圍內，管道熱伸長受阻而生溫度應力，在滿足安定性分析的強度條件時，從管道強度的角度考慮，管網中可以不設置補償器。

無補償預熱方式又可以分為敞開式預熱安裝和設置一次性補償器覆土后進行預熱兩種。當管道溫度加熱到預熱溫度的時候，就可以回填或者進行焊接；當管道溫度恢復到環(huán)境溫度的時候，管道就處于拉應力狀態(tài)而產生預應力。需要注意的是，由于一定量的熱脹變形提前釋放，管道壓應力和拉應力都不能超過鋼材的許用應力。

2.3 直埋敷設管材要求

供熱管道直埋敷設對管材有特殊的要求，需要選擇鋼管、保溫層和外護層緊密結合的整體式的預制保溫結構。大體上說，當鋼管內熱水的溫度發(fā)生變化時，這個保溫管整體也跟著伸長或收縮，而且保溫結構層間不能發(fā)生滑動。保溫結構還要有傳遞剪切力的能力，鋼管、保護層和外護層要有充足的粘結強度。保溫管和外護層的強度要達到標準，有能力抵抗土壤壓力，尤其變形部位土壤壓力較大的部位。保溫管外護層的防水功能也要強，現(xiàn)場接頭施工要嚴密封閉。保溫管要有符合標準的抗老化性能，在管網整個壽命期內必須保證保溫結構的技術指標。保溫層要有較好的絕熱性能，不但要滿足管網熱損失的要求，而且還要滿足外護層使用的溫度要求。

3 供熱管道直埋敷設在煤礦中的應用分析

3.1 煤礦熱用戶情況

煤礦企業(yè)地理位置比較偏僻，地形復雜，供熱范圍涉及礦井工業(yè)場地的建筑采暖、井筒防凍、生活熱水供熱。

井筒防凍用以保證冬季礦井安全，為了保持良好的防凍效果，井筒防凍設施需靠近井口布置，井筒防凍布置位置要緊湊。井筒防凍供熱管道為專管輸送。

煤礦的生活熱水主要是指職工洗浴用熱水，它與直接生產相聯(lián)，每班工人出井后都要進浴室洗浴，即煤礦浴室是煤礦生產過程中重要的輔助環(huán)節(jié)。浴室供熱常年不間斷，有生產，就要供熱。浴室供熱管道采用專管輸送。煤礦職工浴室規(guī)模較大，采暖時間又需要提前，因供暖時間不一致，有時也需要專管輸送。

通常，供熱管網需沿礦井場地內的道路敷設，呈枝狀布置。因為建筑物比較多，除生活福利建筑外，還有生產性建筑、輔助車間廠房、庫房等，所以供熱管網有許多分支。

3.2 煤礦供熱管網敷設

由于礦井工業(yè)場地熱用戶具有特殊性，室外供熱管網的管道密集，采取直埋敷設可以減少占地，能夠充分發(fā)揮供熱管道直埋敷設的優(yōu)越性。

供熱管道直埋無補償敷設，可以減少補償器和固定墩的設置，從而減少管網投資，降低事故發(fā)生的概率。近年來，從國外引進的冷安裝方式具有操作簡單的優(yōu)勢，采用大管徑無補償冷安裝，施工安裝簡單，工程量少、工期短。

無補償冷安裝對應力計算要求高，要求管網各管段、分支點數據要準確無偏差。在煤礦設計過程中，做供熱管網設計時，常常會出現(xiàn)許多建筑物施工圖還出來，就需要按估算熱負荷值進行設計計算的現(xiàn)象。大部分建筑物的接口定位不準確，管網分支多，計算繁瑣、周期又長，數據的準確性難以達到無補償冷安裝的要求，即無補償冷安裝方式不適合煤礦供熱管網。

無補償預熱安裝要求現(xiàn)場有加熱的熱源。在煤礦供熱管網的實際工程中，熱源施工滯后，施工現(xiàn)場很少有現(xiàn)成熱源，根據現(xiàn)有的施工能力，難以實現(xiàn)無補償預熱安裝。

3.3 需要注意的問題

關于管線單一、布置地形簡單、分支少的熱水管網，在可以滿足無補償冷安裝的條件下，特別是城市集中供熱大管道，應當優(yōu)先采用冷安裝方式，克服預應力方式給工程投資和施工帶來的一系列難度。

當具備預熱設備時，可以采取無補償預熱安裝方式，但是要配備技術力量雄厚的施工人員。

在管道多、管網分支多、地形復雜的情況下，應當采用有補償直埋敷設，首先要深入構思，布局要合理，盡量減少補償器和檢查井的數量，從而減少工程量，同時要密切配合施工隊伍。直埋供熱管網的管道內應力較大，受力狀態(tài)也很復雜，特別是管件很容易受到破壞。因此，供熱管道直埋敷設施工時，一定要嚴格按照設計圖施工，同時施工中還要注意幾個要點：一是不隨便增加或減少管路系統(tǒng)中的折點及彎頭；二是不亂更改分支點和補償裝置位置；三是不可以隨便改變管道的覆土深度；四是嚴格遵循設計要求，做好保溫接口，保證鋼管焊口質量；五是確保管道周圍墊砂與設計要求相符。

4 結束語

目前，盡管大多數文獻都對直埋敷設安裝方式做了詳盡分析，但在實際應用中，直埋敷設安裝方式的選擇還比較混亂。如果安裝方式不科學，就會浪費大量能源和管材，甚至管路系統(tǒng)中也會潛伏安全隱患等等。本文明確指出直埋敷設各種安裝方式的適用條件，以工程特點和不同管道情況為依據，采取最優(yōu)安裝方式，使管道能夠合理、安全地運行。

[1] 孟萍.直埋管理技術在熱力工程中的應用［J］.科技情報開發(fā)與經濟.2004，（11）.

[2] 朱甲軍，李鳳琴.管道系統(tǒng)熱力補償方式與方法初探［J］.煤礦現(xiàn)代化.2009，（5）.

[3] 殷成奇，高百爭.煤礦塌陷區(qū)直埋供熱管道可靠性分析［J］.區(qū)域供熱.2009，（2）.

[4] 郭震環(huán).供熱管網直埋敷設在集中供熱工程中的應用[J].科技情報開發(fā)與經濟.2010.(30).

Application of directly buried heating pipeline in coal mine

Bai Ling
(Limited by Share Ltd of Zhengzhou coal industry design and Research Institute of Henan,Zhengzhou ,450000)

In recent years,directly buried heating pipeline is applied more and more widely,and the accumulation ofexperience in practice,continuous development.For directly buried heating pipeline,the installation modes,different installation methods also need stress calculation method in different.At present,the selection of directly buriedinstallation mode confusion,is mainly applicable conditions of directly buried installation mode is not the correct understanding.

heating pipe;buried without compensation;compensation preheating installation without compensatingcold installation;coal mine