供热管道直埋敷设在煤矿中的应用

白 灵

（煤炭工业郑州设计研究院股份有限公司,河南郑州,450000）

供热管道直埋敷设在煤矿中的应用

白 灵

（煤炭工业郑州设计研究院股份有限公司,河南郑州,450000）

近年来，供热管道直埋敷设应用越来越广泛，而且在实践中积累经验，不断向前发展。对于供热管道直埋敷设而言，其安装方式多样，不同安装方式也需要不同的应力计算方法。目前，直埋敷设安装方式的选择比较混乱，主要是没有正确认识直埋敷设安装方式的适用条件。

供热管道；有补偿直埋敷设；无补偿预热安装；无补偿冷安装；煤矿

在供热工程方面，新技术层出不穷，像供热管道直埋敷设就属于一种不断发展与进步的敷设技术，它也是当前比较常用敷设方式，其优点有占地少、施工周期短、维护量少、节约投资、寿命长等等。伴随着我国城市供热管网规模的不断扩大，旧的直埋敷设管道设计和施工方法已经落后于时代，无法与先进技术相媲美。煤矿属于特殊企业，各个煤矿都离不开供热设施，供热管网自然成了一个不可缺少的重要环节。大部分煤矿位置偏远、地形复杂，除建筑供暖管道以外，矿井井筒防冻、浴室供热都需要专管供热，即供热管网管道密集，敷设情况相当复杂。因此，本文将进一步分析供热管道直埋敷设在煤矿场区的应用情况，以供借鉴。

1 直埋敷设管道的管段类型

1.1 过渡段

过渡段主要是为管道的一端与补偿器相连接，具体地说，确定设有补偿器的一点A，一旦温度发生变化，管道就会自由地进行伸缩；再当管道截面由A点渐渐向B点移动时，在管道与周围土壤之间产生的巨大摩擦力作用下，管道热伸长就会严重受到阻碍；随后，当管道截面的位置渐渐B点靠近时，这时的摩擦阻力就会增加至与温度热胀力相等的水平，从而使管道无法再向补偿器侧伸长，即使之形成自然嵌固状态。这类管段中，可以发现管道热伸长由自由伸缩过渡到嵌固状态，由于管道的各个位置都有不同程度的热伸长，所以温度应力表现为部分释放。因此，从强度角度来分析，过渡段并非是整个管道的最薄弱环节，它的主要任务是为了确定管道的热伸长量，进而合理选择补偿器。

1.2 嵌固段

所谓嵌固段，主要是在土壤摩擦阻力的作用下，管段进入了自然嵌固状态，于是管道的热伸长完全受到阻碍，同时管道热伸长完全受阻以后，其热胀应力就留在了管壁中。因此，嵌固段是全线应力最大的直线管段，才是真正属于直管段强度验算的重点。与此同时，在运作的情况下，热胀应力对管段形成轴向压缩应力，会导致管道纵向失稳，最终隆出地面，所以稳定性验算不可忽视。

1.3 L型管段

所谓L型管段，主要类似与地沟敷设的L型自然补偿器，不同的一点是，此管段可以使直管壁只能发生侧向补偿变形，其余

部分的直管壁仅能作轴向位移，不对固定点产生侧向推力。同时，相连的L型管段无法组成z型补偿段，直管壁的变形及应力状态相似于过渡段，因此它也可以称为过渡段，其计算重点为弯头元件的强度验算。

2 供热管道直埋敷设方式及要求

供热管网的直埋敷设，主要应用于城市集中供热工程中，不只在国外，就是在国内也已经被广泛应用。供热管道直埋敷设的应力计算、实施方法都与其安装方式有关，而供热管道直埋敷设安装方式又分为两种：一是有补偿直埋敷设；二是无补偿直埋敷设。

2.1 有补偿直埋敷设

有补偿直埋敷设是在管道系统中设置补偿器，或者设置膨胀弯管，然后利用补偿器或弯管吸收由温差产生的热伸长量，以便解决管道膨胀位移的问题，确保管道的二次应力和一次应力的综合应力不超过钢材许用应力，保持钢管始终处在弹性范围内工作。

2.2 无补偿直埋敷设

无补偿直埋敷设是在管道系统中不设置补偿器，而是应用预热方式，或者通过验校管道的强度和稳定性，从而使管道的运行安全、可靠。进一步分析，无补偿直埋敷设还可以细细进行划分，其一为无补偿冷安装方式，其二为无补偿预热安装方式。

无补偿冷安装方式，指在供热管网的工作温度范围内，管道热伸长受阻而生温度应力，在满足安定性分析的强度条件时，从管道强度的角度考虑，管网中可以不设置补偿器。

无补偿预热方式又可以分为敞开式预热安装和设置一次性补偿器覆土后进行预热两种。当管道温度加热到预热温度的时候，就可以回填或者进行焊接；当管道温度恢复到环境温度的时候，管道就处于拉应力状态而产生预应力。需要注意的是，由于一定量的热胀变形提前释放，管道压应力和拉应力都不能超过钢材的许用应力。

2.3 直埋敷设管材要求

供热管道直埋敷设对管材有特殊的要求，需要选择钢管、保温层和外护层紧密结合的整体式的预制保温结构。大体上说，当钢管内热水的温度发生变化时，这个保温管整体也跟着伸长或收缩，而且保温结构层间不能发生滑动。保温结构还要有传递剪切力的能力，钢管、保护层和外护层要有充足的粘结强度。保温管和外护层的强度要达到标准，有能力抵抗土壤压力，尤其变形部位土壤压力较大的部位。保温管外护层的防水功能也要强，现场接头施工要严密封闭。保温管要有符合标准的抗老化性能，在管网整个寿命期内必须保证保温结构的技术指标。保温层要有较好的绝热性能，不但要满足管网热损失的要求，而且还要满足外护层使用的温度要求。

3 供热管道直埋敷设在煤矿中的应用分析

3.1 煤矿热用户情况

煤矿企业地理位置比较偏僻，地形复杂，供热范围涉及矿井工业场地的建筑采暖、井筒防冻、生活热水供热。

井筒防冻用以保证冬季矿井安全，为了保持良好的防冻效果，井筒防冻设施需靠近井口布置，井筒防冻布置位置要紧凑。井筒防冻供热管道为专管输送。

煤矿的生活热水主要是指职工洗浴用热水，它与直接生产相联，每班工人出井后都要进浴室洗浴，即煤矿浴室是煤矿生产过程中重要的辅助环节。浴室供热常年不间断，有生产，就要供热。浴室供热管道采用专管输送。煤矿职工浴室规模较大，采暖时间又需要提前，因供暖时间不一致，有时也需要专管输送。

通常，供热管网需沿矿井场地内的道路敷设，呈枝状布置。因为建筑物比较多，除生活福利建筑外，还有生产性建筑、辅助车间厂房、库房等，所以供热管网有许多分支。

3.2 煤矿供热管网敷设

由于矿井工业场地热用户具有特殊性，室外供热管网的管道密集，采取直埋敷设可以减少占地，能够充分发挥供热管道直埋敷设的优越性。

供热管道直埋无补偿敷设，可以减少补偿器和固定墩的设置，从而减少管网投资，降低事故发生的概率。近年来，从国外引进的冷安装方式具有操作简单的优势，采用大管径无补偿冷安装，施工安装简单，工程量少、工期短。

无补偿冷安装对应力计算要求高，要求管网各管段、分支点数据要准确无偏差。在煤矿设计过程中，做供热管网设计时，常常会出现许多建筑物施工图还出来，就需要按估算热负荷值进行设计计算的现象。大部分建筑物的接口定位不准确，管网分支多，计算繁琐、周期又长，数据的准确性难以达到无补偿冷安装的要求，即无补偿冷安装方式不适合煤矿供热管网。

无补偿预热安装要求现场有加热的热源。在煤矿供热管网的实际工程中，热源施工滞后，施工现场很少有现成热源，根据现有的施工能力，难以实现无补偿预热安装。

3.3 需要注意的问题

关于管线单一、布置地形简单、分支少的热水管网，在可以满足无补偿冷安装的条件下，特别是城市集中供热大管道，应当优先采用冷安装方式，克服预应力方式给工程投资和施工带来的一系列难度。

当具备预热设备时，可以采取无补偿预热安装方式，但是要配备技术力量雄厚的施工人员。

在管道多、管网分支多、地形复杂的情况下，应当采用有补偿直埋敷设，首先要深入构思，布局要合理，尽量减少补偿器和检查井的数量，从而减少工程量，同时要密切配合施工队伍。直埋供热管网的管道内应力较大，受力状态也很复杂，特别是管件很容易受到破坏。因此，供热管道直埋敷设施工时，一定要严格按照设计图施工，同时施工中还要注意几个要点：一是不随便增加或减少管路系统中的折点及弯头；二是不乱更改分支点和补偿装置位置；三是不可以随便改变管道的覆土深度；四是严格遵循设计要求，做好保温接口，保证钢管焊口质量；五是确保管道周围垫砂与设计要求相符。

4 结束语

目前，尽管大多数文献都对直埋敷设安装方式做了详尽分析，但在实际应用中，直埋敷设安装方式的选择还比较混乱。如果安装方式不科学，就会浪费大量能源和管材，甚至管路系统中也会潜伏安全隐患等等。本文明确指出直埋敷设各种安装方式的适用条件，以工程特点和不同管道情况为依据，采取最优安装方式，使管道能够合理、安全地运行。

[1] 孟萍.直埋管理技术在热力工程中的应用［J］.科技情报开发与经济.2004，（11）.

[2] 朱甲军，李凤琴.管道系统热力补偿方式与方法初探［J］.煤矿现代化.2009，（5）.

[3] 殷成奇，高百争.煤矿塌陷区直埋供热管道可靠性分析［J］.区域供热.2009，（2）.

[4] 郭震环.供热管网直埋敷设在集中供热工程中的应用[J].科技情报开发与经济.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