煤礦井下聚氯乙烯管介紹

一、煤礦井下聚氯乙烯管的特性:

1、安全性高:抗沖擊、抗靜電、阻燃，符合國家煤礦井下安全使用條件（MA）尤其是抗沖擊，是PVC的7倍，是PE的3倍。

成本低：銷售價格低于同等性能的其它塑料產(chǎn)品。

2、耐腐蝕：不需作防腐處理。

3、安裝方便：重量輕，易于井下安裝施工，連接方式簡單。

二、應(yīng)用領(lǐng)域：煤礦井下抽放瓦斯，正壓通風，負壓通風，供水排水，噴漿等

三、連接方式：法蘭連接、膠粘接承口、膠圈連接承口。

PVC管材在煤礦中的應(yīng)用

一、前言

  隨著我國經(jīng)濟的高速發(fā)展，電能的需求量日益增長，而我國90%以上的發(fā)電廠是以煤為原料來發(fā)電的。再加上化工用煤、鋼鐵用煤（焦炭）和城鄉(xiāng)采暖用煤，對煤炭的需求量也越來越高。目前我國已成為世界上的第一產(chǎn)煤大國。

  然而，在國民經(jīng)濟對煤炭強烈需求，導致煤炭開采工業(yè)快速發(fā)展的情況下，煤炭開采行業(yè)出現(xiàn)了大量安全生產(chǎn)事故，帶來了極其嚴重的生命和財產(chǎn)損失。這一現(xiàn)象已引起了黨和政府的高度重視及全國人民的關(guān)注。在煤礦的安全事故中，引起事故的主要原因就是瓦斯爆炸，瓦斯治理當前已成為煤礦安全工作中的重中之重。瓦斯治理工作的基礎(chǔ)是瓦斯的抽放，將存在爆炸危險的瓦斯氣體通過管道引出礦井。在瓦斯抽放系統(tǒng)的所有設(shè)備投資中，管道所占比例很大。因此，選擇性能可靠、安裝方便，價格便宜，使用壽命長的抽放瓦斯管材，對煤礦安全和降低生產(chǎn)成本有著極其重要的意義。

二、煤礦用管道

1、 煤礦用管道的種類

  煤礦生產(chǎn)需要大量的各種不同性能要求的管道，主要分為瓦斯抽放、給、排水、送風和噴漿等四大類用途。截止目前為止，上述所有種類的管道，基本上是以鋼管為主。尤其是給排水管道和瓦斯抽放管dn50—dn500之間，大口徑管材主要用于瓦斯抽放。。煤礦使用的給排水管和瓦斯抽放管，口徑大小因煤礦的具體條件而差異較大.

2、鋼管用于煤礦所產(chǎn)生的問題

煤礦的工程技術(shù)人員早已發(fā)現(xiàn)鋼管在煤礦中應(yīng)用時存在許多弊端，主要表現(xiàn)在如下幾方面：

（1）   使用壽命短

  壽命短的主要原因是鋼管銹蝕所造成的。煤礦處于地下深處，環(huán)境潮濕陰暗，通風不良，無可避免造成鋼材銹蝕嚴重。尤其是很多礦井中的水或呈堿性或呈酸性，更加劇了管道的腐蝕，有的礦井鋼制管道的壽命甚至難以超過1年（例如邯鄲礦務(wù)局梧桐莊礦）。材料費用和更換管道的施工費用無形中大幅度增加。

（2）   安裝困難

  受礦井下巷道空間的影響，安裝時不能使用起重機、吊車等安裝工具，只能靠人抬肩抗，即使常用的起重葫蘆，在井下都因缺乏合適的懸掛點而難于應(yīng)用。在這種情況下，對重量大的鋼管尤其是大口徑管道，給安裝工作帶來極大困難，為此引起的工傷事故時有所見。

（3）   維護和防腐成本高

  安裝前所有鋼管均需進行工序復雜的防腐工作，因環(huán)境嚴酷，防腐層易被破壞，需進行周期性維護。需相當數(shù)量的人工成本和材料成本。由于井下嚴禁動火，損壞的管道只能折卸后運至安全區(qū)域進行焊接維修工作。

（4）   安全隱患

  鋼管盡管有著優(yōu)異的抗靜電性能，無產(chǎn)生靜電火花之憂，但鋼管與金屬工具、器材等發(fā)生碰撞時仍有產(chǎn)生火花的可能，這就有可能成為引起瓦斯爆炸的隱患。

3、塑料管道在煤礦中的應(yīng)用情況

  鑒于上述鋼管在煤礦中應(yīng)用所存在的問題，煤礦長期以來也在尋求質(zhì)輕、防腐、價格低、性能優(yōu)越的管材，無疑塑料管材是最理想的選擇。但根據(jù)煤礦用管道安全技術(shù)規(guī)程MT181的要求，煤礦用塑料管道除一定的力學要求外還必須滿足抗靜電和阻燃（通稱為雙抗）的要求。眾所周知，絕大多數(shù)樹脂都是良好的絕緣和易燃材料。為滿足抗靜電和阻燃性能的要求，需對樹脂進行改性。由于我國對各種樹脂的抗靜電劑、阻燃劑等助劑的開發(fā)相對滯后，助劑的性能低下，無形中阻礙了雙抗塑料管材的開發(fā)和應(yīng)用，關(guān)鍵問題是助劑的份數(shù)少時，難以達到MT181所要求的雙抗指標，份數(shù)多時，影響樹脂的加工性能和管材的力學性能，使管材的力學強度大幅度降低。國外進口的助劑，在性能上雖然優(yōu)越，添加份數(shù)少，但價格昂貴，使生產(chǎn)成本超過了可接受的程度。簡而言之，雙抗塑料管材開發(fā)上所遇到的是加工性能、力學性能和經(jīng)濟性能三重壁壘。據(jù)調(diào)查，我國煤礦使用過的塑料管材，依時間先后順序分別是玻璃鋼管、PE（聚乙烯）雙抗管和PVC（聚氯乙烯）雙抗管，其它種類塑料管材極其少見。

（1）   玻璃鋼管

  玻璃鋼管的生產(chǎn)工藝是在玻璃纖維基上涂覆環(huán)氧樹脂，依賴玻璃纖維來增強環(huán)氧樹脂的強度，該工藝的特點是樹脂配方對工藝的影響甚微，加工難度小，故爾可較自由地選擇改性劑及其添加份數(shù)，因而塑料管材的抗阻燃性、抗靜電性能在玻璃鋼管上得以首先突破。有些煤礦企業(yè)也自己上馬了一些生產(chǎn)線，生產(chǎn)礦用玻璃鋼管，迄今為止，玻璃鋼管在煤礦中的應(yīng)用已有十余年的歷史，主要用于抽放瓦斯和給排水。

在應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)玻璃鋼管雖然解決了質(zhì)輕和耐腐蝕的問題，但價格偏高，此外更主要的是玻璃鋼管脆性大，耐候性差，脆性隨使用時間的加長而加劇。這已成為其致命弱點，目前已被許多煤礦企業(yè)所禁用，退出煤礦領(lǐng)域已成定局。

（2）   PE（聚乙烯）管

  隨著PE抗靜電阻燃母料的研制成功，PE管的抗靜電和阻燃性能得以解決，初步消除了這方面的技術(shù)壁壘，使得較多的PE管材生產(chǎn)廠家具備了PE雙抗管材的生產(chǎn)能力。經(jīng)過幾年的市場開發(fā)，在部分煤礦得到了試用或正式使用，PE雙抗管在煤礦用塑料雙抗管方面占據(jù)了相當可觀的市場份額。

這些年在實際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)PE雙抗管仍有一些不足，這主要表現(xiàn)在一是價格較高，原因是作為基本原料的PE樹脂和阻燃與抗靜電助劑價格高；其二是PE為極其易燃的材料，使其達到MT181規(guī)定的阻燃性能，技術(shù)難度高，一些生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品質(zhì)量在該指標方面仍不達標或者不穩(wěn)定；其三是由于PE管材分別要填加抗靜電助劑和阻燃助劑，二者份數(shù)相加，要多于PVC改性劑很多，原因是PVC樹脂是難燃材料，氧指數(shù)高達48，生產(chǎn)雙抗管時只需添加極少量的阻燃劑即可。由于阻燃劑和抗靜電劑含量的增加，PE雙抗管材的力學性能下降較大，尤其是原本十分良好的韌性丟失了許多；其四是PE管材的連接方法是熔接，需要電氣加熱的熔焊機進行焊接，鑒于礦井下不準隨意使用電源，只能采用法蘭連接，在生產(chǎn)廠就要先將PE材質(zhì)的法蘭先焊接到PE管材兩端，但法蘭盤的外徑遠大于管材外徑，嚴重影響管材的運輸，管材裝車時中間懸空，不僅影響了裝載體積，還使管材發(fā)生彎曲，嚴重影響管材的正常安裝和使用，以上是需對PE雙抗管予以研究解決的主要問題。

（3）   PVC雙抗管材、

  PVC（聚氯乙烯）制品，作為建筑材料已在全世界范圍內(nèi)得到了廣泛應(yīng)用。通常所說的PVC是以PVC樹脂為主要原料，輔以穩(wěn)定劑、增塑劑、潤滑劑、增韌劑、填充劑等添加劑在一定溫度和壓力下塑制成型，并在常溫下能保持既定形狀的PVC制品的總稱。根據(jù)增塑劑的用量大小，又可分為軟質(zhì)品和硬質(zhì)品。U-PVC是指不含增塑劑的硬制品。

目前在我國得到廣泛應(yīng)用而又被大家所熟知的U-PVC制品是U-PVC管道和U-PVC塑鋼窗，其產(chǎn)量每年達到上百萬噸，并且每年以20%的速度增長。之所以得到國家政策的大力推廣和廣大用戶的接受，與PVC的優(yōu)異化學、物理性能是分不開的。與眾多通用樹脂相比，PVC具有較高的拉伸強度（45MPa以上）和彈性模量（2700—3500MPa），PVC制品的邵氏硬度在D65—85之間，這些綜合力學特性決定PVC制品可以滿足建筑材料、交通運輸、包裝、家電等的需要。此外，PVC具有極佳的耐化學腐蝕性能，可耐絕大多數(shù)酸、堿的腐蝕，因而可在極嚴酷的環(huán)境條件下使用。PVC的化學穩(wěn)定性良好，較其它樹脂來說，抗老化能力強，一般PVC工程材料如塑鋼窗和管道，其使用壽命都在五十年以上，遠超過鋼材和其它常用材料，尤其是在腐蝕環(huán)境下，

盡管PVC材料有如上所述優(yōu)點且在其它工程領(lǐng)域得到普遍應(yīng)用，但PVC管材在煤礦中應(yīng)用的時間并不長，關(guān)鍵原因是PVC樹脂流動性差，分解溫度與加工溫度重疊，加工原料配方需對加工機械和模具的具體情況而設(shè)計，因此在添加抗靜電、阻燃劑情況下配方的設(shè)計和加工的難度就構(gòu)成了較高的技術(shù)壁壘。近年來，國內(nèi)在PVC雙抗管的研制方面，出現(xiàn)了重大突破，從根本上解決了添加的抗 靜電劑（PVC雙抗管阻燃劑對管材性能影響不大，因為添加份數(shù)少）對管材強度的影響，表面電阻（抗靜電性能指標）可優(yōu)于MT181要求很多，而管材的強度受到的影響都卻極小。但這種技術(shù)卻只掌握在少數(shù)生產(chǎn)廠家手中。所以至今為止能生產(chǎn)PVC雙抗管的廠家仍為數(shù)不多。雖然U-PVC雙抗管材目前在煤礦中的應(yīng)用量還遠不及PE雙抗管，但通過在使用過U-PVC雙抗管的煤礦調(diào)查發(fā)現(xiàn)，由于其價格較低，強度高，安裝方便，便于維修等優(yōu)點，已成為PE雙抗管的強有力競爭者。

三、  PE雙抗管和U-PVC雙抗管的對比

1、 安裝與維修

  在煤礦條件，U-PVC管材的安裝與維修要比PE管材方便。PVC樹脂屬極性分子材料，管材與管材或管材與管件之間的連接，可通過溶劑性專用膠粘劑來實現(xiàn)且可保證極高的粘接強度，這點已得到長期使用的驗證。這對井下施工和維修帶來了極大方便，施工和維修快捷、經(jīng)濟。PE樹脂屬非極性分子材料，迄今為止在技術(shù)上無法實現(xiàn)膠粘劑粘接，只能用熔焊機焊接，受井下安全規(guī)程限制，不能隨意連接電源，只能在地面焊接法蘭后連接。對彎頭、三通、異徑等管件，焊接到管子上以后還需再焊上法蘭，方可在井下連接，費時費力且管件使用量多，成本上升。

2、經(jīng)濟性

  管材生產(chǎn)的主要成本是樹脂原料，樹脂的價格和樹脂的用量基本決定了成本的高低。樹脂的用量一是取決于樹脂的力學強度，強度越高管壁則可以越薄，也就越省料；二是取決于樹脂比重。

3、  安全性

  根據(jù)MT181的規(guī)定，煤礦用塑料管必須滿足抗靜電和阻燃的要求，如前所述PE樹脂是極其易燃的物質(zhì)，要達到MT181規(guī)定的阻燃指標（酒精噴燈燃燒時間）具有很大難度，配方和工藝的波動，均可造成阻燃性能不合格。而PVC樹脂由于分子鏈中含有阻燃的氯原子，本身就是難燃物質(zhì)，容易達到MT181所要求的阻燃指標，因此安全性要高于PE管材。

   其次，PE管道連接法蘭，只能采用PE樹脂原料所生產(chǎn)的法蘭才能與PE管道進行熔接。但由于PE材料的硬度較低，材料的蠕變系數(shù)較大，上緊的法蘭會隨時間的增長而逐步松馳，導致接口泄漏。而PVC的硬度遠高于PE，蠕變系數(shù)與PE相比也較小，法蘭接口泄漏的可能性大大降低，使用壽命長。

  從長期安全性而言，由于PVC材料的本身特性及雙抗管配方的物理改性及材料改性其雙抗性能隨管材壽命等同變化。對PVC管材而言屬永久特性，而PE管材的雙抗性能基本屬化學添加劑的改性，添加劑隨時間延長逐漸析出，雙抗性能會喪失。

四、結(jié)論

  縱上所述，在煤礦中用塑料管道替代傳統(tǒng)的鋼管進行供、排水和瓦斯抽放，不但具有安裝、維護方便的優(yōu)點，而且耐腐蝕，使用壽命長，不結(jié)垢，水利性能好�，F(xiàn)代技術(shù)的進步，使材料的抗靜電性能和阻燃性能均可保證。而在塑料管道中U-PVC管道更是因其強度高，價格低，安裝方便，安全性高等優(yōu)點而值得大力推廣。

五、執(zhí)行標準：

MT 558.2-2005聚氯乙烯管材 

六、檢測項目及檢測設(shè)備

扁平試驗  電子萬能試驗機

落錘沖擊 落錘沖擊試驗機

耐壓試驗  管材靜液壓試驗機

拉伸強度 電子萬能試驗機

表面電阻  電阻計

阻燃性   酒精噴燈裝置

其中

AQ 1071-2009 煤礦用非金屬瓦斯輸送管材

3.4要求 耐負壓 管材負壓試驗機