我國煤礦用管道的格局與超高分子量聚乙烯管道在其中的應(yīng)用
楊錫慶,李宗國,江波,李傳祥
（山東東方管業(yè)有限公司，山東 沂水 276400）
摘要: 為了滿足煤礦安全生產(chǎn)的需要,必須對(duì)礦井瓦斯進(jìn)行抽放，這要求煤礦用的管道具有特殊的性能，同時(shí)本文介紹了一種UHMWPE新材料管道在其中的應(yīng)用，并比較了各自的優(yōu)缺點(diǎn)。
關(guān)鍵詞:煤礦;管道;超高分子量聚乙烯;應(yīng)用
the Structure of Pipe Used in Coal Mine and the Appication of UHMWPE in China
Yang Xi-qing,Li Zong-guo,Jiang Bo,Li Chuan-xiang
(Shandong Eastern Pipe Co.,Ltd,Yishui,Shandong,276400，China)
Abstract: In order to meet the needs of the coal mine production safety, gas drainage must be carried out，so pipes with special performance are needed in coal mine,this article also introduces a new kind of pipe made of UHMWPE with different peculiarities.
Key Words:coal mine; pipe;UHMWPE;application
中國是世界第一產(chǎn)煤大國，煤炭產(chǎn)量占世界的30%，作為中國的主要能源，煤炭在能源生產(chǎn)和消費(fèi)結(jié)構(gòu)中一直占2/3以上，因此煤炭資源的安全生產(chǎn)是關(guān)系到國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展，關(guān)系到國家能源安全的大事[1]，對(duì)于煤炭行業(yè)，由于靜電引起的瓦斯爆炸事故時(shí)有發(fā)生，國家相關(guān)部門也幾次提高煤礦用塑料管道的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。
我國煤礦最初的鋼管由于笨重、搞腐能力差、易氧化脫層等諸多原因，已逐漸被其它材料的管道代替，2005年國家安監(jiān)局明令限制玻璃鋼雙抗管和PVC雙抗管在井下的使用[2]。
1我國煤礦用管道主要分類
現(xiàn)階段我國煤礦用管道主要分以下幾類：鋼管、煤礦用PE管、煤礦用鋼絲網(wǎng)骨架PE復(fù)合管道，此幾類管道在生產(chǎn)和應(yīng)用中各有不同，下面從材料性能、當(dāng)前生產(chǎn)與使用狀況、發(fā)展前景等方面對(duì)此四類管道分別作介紹。
1.1鋼管
1.1.1材料性能
鋼管雖然作為抽放管路最傳統(tǒng)的管道，有斷裂強(qiáng)度高的特點(diǎn)，但是也有其重量大、安全性差、不易安裝、易磨損、容易受酸堿流體或空氣的腐蝕，使用壽命短，更換繁索等缺點(diǎn)。
1.1.2當(dāng)前生產(chǎn)與使用狀況、發(fā)展前景
在煤礦中特殊的地方，比如垂直高落差輸水、排水、以及高壓差抽排風(fēng)等方面還占有重要地位，但是鋼管在整個(gè)煤礦中的使用比例不斷下降，逐漸被其它種類的管道所代替。
1.2普通PE雙抗管（現(xiàn)主要為MPE100）
煤礦管要求比較高，PE80性能較低，所以廠家多用PE100級(jí)樹脂作主體生產(chǎn)原料。
1.2.1性能指標(biāo)
PE雙抗管大量應(yīng)用以來逐漸成為鋼管的替代品。PE100的特點(diǎn)就是比重輕、綜合性能良好，不像尼龍管、PVC管有致命的缺陷，但同時(shí)PE100的主要指標(biāo)沒有一樣是突出的：PE100抗沖擊強(qiáng)度太低，只有25 kj/m^2，-10℃時(shí)抗沖擊能力驟降到13kj/m^2，雙抗改性后抗沖擊強(qiáng)度則只有15-20 kj/m^2，剛過底線，很容易被破壞。拉伸強(qiáng)度不如PVC和ABS，更不如尼龍。不具備抗快速開裂能力。耐磨性一般。耐蠕變能力（抗疲勞性）差，管道經(jīng)常在法蘭盤部位因應(yīng)力集中而折裂。
1.2.2當(dāng)前生產(chǎn)與使用狀況
目前我國普通PE雙抗管市場(chǎng)占有率約為50%，一方面產(chǎn)品用量巨大，另一方面幾乎所有的生產(chǎn)廠家都發(fā)生過雙抗PE管井下開裂和接頭斷裂事故，因此現(xiàn)在生產(chǎn)廠家對(duì)煤礦的管材供應(yīng)非常謹(jǐn)慎，礦用PE管道根據(jù)其用途不同可分以下幾類：
a,井下供排水管。對(duì)于落差較大的礦井，考慮到管材的承壓能力，現(xiàn)在的雙抗PE生產(chǎn)廠家都非常謹(jǐn)慎，只是在低落差的礦井中應(yīng)用。
b,負(fù)壓風(fēng)管、壓風(fēng)管。當(dāng)工作壓力很高時(shí)，生產(chǎn)企業(yè)都很謹(jǐn)慎，現(xiàn)在煤礦PE管材僅在普通壓力環(huán)境中比較普及。
c,噴漿管。由于PE100材料的耐磨性能一般，生產(chǎn)企業(yè)在此領(lǐng)域銷售都比較謹(jǐn)慎。
d,抽放瓦斯管。PE雙抗管在低壓力差時(shí)應(yīng)用比較成熟，安全系數(shù)比較高。
PE做煤礦井下用管道原料時(shí)，阻燃與抗靜電指標(biāo)都比較容易保證，反倒是由于其材料本身的特性，影響了其在煤礦井下的普及。
1.2.3發(fā)展前景
鑒于本身的材料性能，MPE100在井下使用存在嚴(yán)重缺陷和巨大事故隱患。據(jù)了解，PE雙抗管的產(chǎn)地主要集中在山東省，生產(chǎn)企業(yè)眾多，生產(chǎn)技術(shù)很成熟，但如果解決不了PE雙抗管道在煤礦中的安全問題，此類管道的生產(chǎn)企業(yè)將同時(shí)面臨著競(jìng)爭(zhēng)激烈與售后客戶服務(wù)問題。
綜之，煤礦用PE塑料管用量巨大，但亟待解決性能瓶頸，以便擴(kuò)大使用領(lǐng)域和降低使用安全成本。
1.3鋼絲網(wǎng)骨架雙抗PE復(fù)合管
鋼絲網(wǎng)骨架PE管是在鋼絲網(wǎng)內(nèi)層與外層分別通過專用熱熔膠粘附一層PE樹脂或PE雙抗改性樹脂制成。
1.3.1材料性能
此類復(fù)合管的綜合性能比實(shí)壁管高，比重只有鋼材的1/5，抗壓能力高，抗沖擊、抗開裂能力、柔韌性等比實(shí)壁管好，抗壓最高達(dá)3.5MPa，安全性能較好。
1.3.2生產(chǎn)與使用
此類管道的生產(chǎn)廠家很多，競(jìng)爭(zhēng)也很激烈，價(jià)格比普通管高，但安全性比普通管好。
鋼絲網(wǎng)骨架PE復(fù)合管主要應(yīng)用在市政供排水、燃?xì)廨斔�，以及煤礦中普通MPE100材料難以勝任的高壓力垂直供排水、供排風(fēng)、瓦斯抽放以及噴漿（耐磨性一般）等領(lǐng)域。
2超高分子量聚乙烯管道
超高雙抗管是相關(guān)研究機(jī)構(gòu)或生產(chǎn)企業(yè)一直在進(jìn)行研究的一種材料，特別是近幾年在國內(nèi)發(fā)展很快，近期有報(bào)導(dǎo)上海某機(jī)構(gòu)成功研發(fā)出超高雙抗料，其它也有些生產(chǎn)廠家成功開發(fā)出了自己的超高雙抗管。
2.1性能指標(biāo)
超高雙抗管抗拉強(qiáng)度達(dá)25MPa（與未改性PE100持平）[2]，抗沖、抗開裂遠(yuǎn)比MPE100超出很多，而且其優(yōu)異的耐磨性（耐磨性是鋼的4--7倍）、自潤滑性、不粘性使它成為耐磨抗沖擊類管道的理想材料，開發(fā)與應(yīng)用前景非常廣闊，另外超高PE的耐疲勞性能是PE100幾十倍。
附表1是國內(nèi)相關(guān)資料上對(duì)PE100與UHMWPE以及對(duì)它們分別進(jìn)行改性后的各項(xiàng)性能的對(duì)比�？梢钥吹絇E100改為MPE100后，拉伸強(qiáng)度由25降到15-20MPa，降幅達(dá)20-40%，抗沖擊也由25降到10 kj/m^2左右，降幅達(dá)60%，同樣的雙抗改性后的超高性能也降低了很多：拉伸強(qiáng)度由原來的大于32MPa降到25MPa，降幅是20%，仍比MPE100的10MPa高出許多，是煤炭部頒標(biāo)準(zhǔn)（9MPa）[3]的2.5倍，抗沖擊也由大于130 kj/m^2，降到大于40 kj/m^2，降幅為70%，仍是MPE100抗沖能力的4倍多。另外雙抗改性后的環(huán)剛度也是MPE100的1.2倍。
表1.各管材性能
 超高管 超高雙抗 PE100 MPE100 部標(biāo)準(zhǔn)
抗拉（MPa） >32 25 25 15-20 9
抗沖（kj/m^2） >130 >40 25 10 無
耐疲勞（萬次)  >15 >3  
環(huán)剛度  123 100 100 無
磨耗率%  1 2.5 5 無
2.2生產(chǎn)狀況
現(xiàn)國內(nèi)有多家公司用普通管材料改性通過頂出法成功開發(fā)出了超高分子量聚乙烯雙抗管。另據(jù)報(bào)道，上海某機(jī)構(gòu)聯(lián)合北京某高校，使用全新的改性原料，通過真空定徑法，也成功開發(fā)出了超高分子量聚乙烯雙抗管，剛開發(fā)出的時(shí)間不長，原料價(jià)位比較高，用此種新改性原料生產(chǎn)管道，國內(nèi)還不多見。
3、總結(jié)
MPE100以及鋼絲網(wǎng)PE復(fù)合管有市場(chǎng)空間，同時(shí)它的利潤較低，而超高雖然有很好的性能，但它的生產(chǎn)技術(shù)還不成熟。
管材在煤炭系統(tǒng)是一個(gè)大宗消耗物資，年年要更換，年年要增加，而且煤炭系統(tǒng)管理非常集中、嚴(yán)格。一旦應(yīng)用，在煤礦企業(yè)中確立了使用價(jià)值，其它不安全和高價(jià)位的產(chǎn)品就會(huì)被淘汰。市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)過大甚至供過于求的項(xiàng)目，成本戰(zhàn)最后可能孕育著大浪費(fèi)、大風(fēng)險(xiǎn)，有關(guān)專家分析認(rèn)為我國塑料管道行業(yè)已經(jīng)到達(dá)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵時(shí)機(jī)，應(yīng)該避免低水平擴(kuò)張，走創(chuàng)新發(fā)展之路，借鑒我們還沒有掌握的國外先進(jìn)技術(shù)或者超越現(xiàn)有國際水平自主研發(fā)創(chuàng)新，靠新市場(chǎng)、新質(zhì)量、新技術(shù)產(chǎn)品來打開塑料管道新局面[4]。
參考文獻(xiàn)：
[1] 嚴(yán)為群等，分子量200萬以上UHMWPE雙抗擠出制品的開發(fā)[J].塑料，2010,2(39):51
[2] 劉阜東，煤礦用塑料管材的安全隱患和超高分子量聚乙烯雙抗管的開發(fā)應(yīng)用[J].煤礦開采，2007，12（6）：14.
[3] MT558.1-2005,煤礦井下用塑料管材.第1 部分：聚乙烯管材，中華人民共和國煤炭行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：3
[4] 張玉川，走創(chuàng)新發(fā)展之路大有可為[J].現(xiàn)代管業(yè)，2010，6：64
[作者簡(jiǎn)介]楊錫慶（1983--），男，山東沂水人，工程師，山東東方管業(yè)有限公司制管廠廠長，現(xiàn)從事特種高分子材料成型、加工與研究工作。