煤矿井下聚氯乙烯管介绍-技术资讯-承德科标试验机公司

煤矿井下聚氯乙烯管介绍

作者：科标公司-张弛　来源：www.cdkbjc.com　时间：2019-4-20 9:04:35　浏览次数：

一、煤矿井下聚氯乙烯管的特性:

1、安全性高:抗冲击、抗静电、阻燃，符合国家煤矿井下安全使用条件（MA）尤其是抗冲击，是PVC的7倍，是PE的3倍。

成本低：销售价格低于同等性能的其它塑料产品。

2、耐腐蚀：不需作防腐处理。

3、安装方便：重量轻，易于井下安装施工，连接方式简单。

二、应用领域：煤矿井下抽放瓦斯，正压通风，负压通风，供水排水，喷浆等

三、连接方式：法兰连接、胶粘接承口、胶圈连接承口。

PVC管材在煤矿中的应用

一、前言

随着我国经济的高速发展，电能的需求量日益增长，而我国90%以上的发电厂是以煤为原料来发电的。再加上化工用煤、钢铁用煤（焦炭）和城乡采暖用煤，对煤炭的需求量也越来越高。目前我国已成为世界上的第一产煤大国。

然而，在国民经济对煤炭强烈需求，导致煤炭开采工业快速发展的情况下，煤炭开采行业出现了大量安全生产事故，带来了极其严重的生命和财产损失。这一现象已引起了党和政府的高度重视及全国人民的关注。在煤矿的安全事故中，引起事故的主要原因就是瓦斯爆炸，瓦斯治理当前已成为煤矿安全工作中的重中之重。瓦斯治理工作的基础是瓦斯的抽放，将存在爆炸危险的瓦斯气体通过管道引出矿井。在瓦斯抽放系统的所有设备投资中，管道所占比例很大。因此，选择性能可靠、安装方便，价格便宜，使用寿命长的抽放瓦斯管材，对煤矿安全和降低生产成本有着极其重要的意义。

二、煤矿用管道

1、煤矿用管道的种类

煤矿生产需要大量的各种不同性能要求的管道，主要分为瓦斯抽放、给、排水、送风和喷浆等四大类用途。截止目前为止，上述所有种类的管道，基本上是以钢管为主。尤其是给排水管道和瓦斯抽放管dn50—dn500之间，大口径管材主要用于瓦斯抽放。。煤矿使用的给排水管和瓦斯抽放管，口径大小因煤矿的具体条件而差异较大.

2、钢管用于煤矿所产生的问题

煤矿的工程技术人员早已发现钢管在煤矿中应用时存在许多弊端，主要表现在如下几方面：

（1）使用寿命短

寿命短的主要原因是钢管锈蚀所造成的。煤矿处于地下深处，环境潮湿阴暗，通风不良，无可避免造成钢材锈蚀严重。尤其是很多矿井中的水或呈碱性或呈酸性，更加剧了管道的腐蚀，有的矿井钢制管道的寿命甚至难以超过1年（例如邯郸矿务局梧桐庄矿）。材料费用和更换管道的施工费用无形中大幅度增加。

（2）安装困难

受矿井下巷道空间的影响，安装时不能使用起重机、吊车等安装工具，只能靠人抬肩抗，即使常用的起重葫芦，在井下都因缺乏合适的悬挂点而难于应用。在这种情况下，对重量大的钢管尤其是大口径管道，给安装工作带来极大困难，为此引起的工伤事故时有所见。

（3）维护和防腐成本高

安装前所有钢管均需进行工序复杂的防腐工作，因环境严酷，防腐层易被破坏，需进行周期性维护。需相当数量的人工成本和材料成本。由于井下严禁动火，损坏的管道只能折卸后运至安全区域进行焊接维修工作。

（4）安全隐患

钢管尽管有着优异的抗静电性能，无产生静电火花之忧，但钢管与金属工具、器材等发生碰撞时仍有产生火花的可能，这就有可能成为引起瓦斯爆炸的隐患。

3、塑料管道在煤矿中的应用情况

鉴于上述钢管在煤矿中应用所存在的问题，煤矿长期以来也在寻求质轻、防腐、价格低、性能优越的管材，无疑塑料管材是最理想的选择。但根据煤矿用管道安全技术规程MT181的要求，煤矿用塑料管道除一定的力学要求外还必须满足抗静电和阻燃（通称为双抗）的要求。众所周知，绝大多数树脂都是良好的绝缘和易燃材料。为满足抗静电和阻燃性能的要求，需对树脂进行改性。由于我国对各种树脂的抗静电剂、阻燃剂等助剂的开发相对滞后，助剂的性能低下，无形中阻碍了双抗塑料管材的开发和应用，关键问题是助剂的份数少时，难以达到MT181所要求的双抗指标，份数多时，影响树脂的加工性能和管材的力学性能，使管材的力学强度大幅度降低。国外进口的助剂，在性能上虽然优越，添加份数少，但价格昂贵，使生产成本超过了可接受的程度。简而言之，双抗塑料管材开发上所遇到的是加工性能、力学性能和经济性能三重壁垒。据调查，我国煤矿使用过的塑料管材，依时间先后顺序分别是玻璃钢管、PE（聚乙烯）双抗管和PVC（聚氯乙烯）双抗管，其它种类塑料管材极其少见。

（1）玻璃钢管

玻璃钢管的生产工艺是在玻璃纤维基上涂覆环氧树脂，依赖玻璃纤维来增强环氧树脂的强度，该工艺的特点是树脂配方对工艺的影响甚微，加工难度小，故尔可较自由地选择改性剂及其添加份数，因而塑料管材的抗阻燃性、抗静电性能在玻璃钢管上得以首先突破。有些煤矿企业也自己上马了一些生产线，生产矿用玻璃钢管，迄今为止，玻璃钢管在煤矿中的应用已有十余年的历史，主要用于抽放瓦斯和给排水。

在应用中发现玻璃钢管虽然解决了质轻和耐腐蚀的问题，但价格偏高，此外更主要的是玻璃钢管脆性大，耐候性差，脆性随使用时间的加长而加剧。这已成为其致命弱点，目前已被许多煤矿企业所禁用，退出煤矿领域已成定局。

（2） PE（聚乙烯）管

随着PE抗静电阻燃母料的研制成功，PE管的抗静电和阻燃性能得以解决，初步消除了这方面的技术壁垒，使得较多的PE管材生产厂家具备了PE双抗管材的生产能力。经过几年的市场开发，在部分煤矿得到了试用或正式使用，PE双抗管在煤矿用塑料双抗管方面占据了相当可观的市场份额。

这些年在实际应用中发现PE双抗管仍有一些不足，这主要表现在一是价格较高，原因是作为基本原料的PE树脂和阻燃与抗静电助剂价格高；其二是PE为极其易燃的材料，使其达到MT181规定的阻燃性能，技术难度高，一些生产厂家的产品质量在该指标方面仍不达标或者不稳定；其三是由于PE管材分别要填加抗静电助剂和阻燃助剂，二者份数相加，要多于PVC改性剂很多，原因是PVC树脂是难燃材料，氧指数高达48，生产双抗管时只需添加极少量的阻燃剂即可。由于阻燃剂和抗静电剂含量的增加，PE双抗管材的力学性能下降较大，尤其是原本十分良好的韧性丢失了许多；其四是PE管材的连接方法是熔接，需要电气加热的熔焊机进行焊接，鉴于矿井下不准随意使用电源，只能采用法兰连接，在生产厂就要先将PE材质的法兰先焊接到PE管材两端，但法兰盘的外径远大于管材外径，严重影响管材的运输，管材装车时中间悬空，不仅影响了装载体积，还使管材发生弯曲，严重影响管材的正常安装和使用，以上是需对PE双抗管予以研究解决的主要问题。

（3） PVC双抗管材、

PVC（聚氯乙烯）制品，作为建筑材料已在全世界范围内得到了广泛应用。通常所说的PVC是以PVC树脂为主要原料，辅以稳定剂、增塑剂、润滑剂、增韧剂、填充剂等添加剂在一定温度和压力下塑制成型，并在常温下能保持既定形状的PVC制品的总称。根据增塑剂的用量大小，又可分为软质品和硬质品。U-PVC是指不含增塑剂的硬制品。

目前在我国得到广泛应用而又被大家所熟知的U-PVC制品是U-PVC管道和U-PVC塑钢窗，其产量每年达到上百万吨，并且每年以20%的速度增长。之所以得到国家政策的大力推广和广大用户的接受，与PVC的优异化学、物理性能是分不开的。与众多通用树脂相比，PVC具有较高的拉伸强度（45MPa以上）和弹性模量（2700—3500MPa），PVC制品的邵氏硬度在D65—85之间，这些综合力学特性决定PVC制品可以满足建筑材料、交通运输、包装、家电等的需要。此外，PVC具有极佳的耐化学腐蚀性能，可耐绝大多数酸、碱的腐蚀，因而可在极严酷的环境条件下使用。PVC的化学稳定性良好，较其它树脂来说，抗老化能力强，一般PVC工程材料如塑钢窗和管道，其使用寿命都在五十年以上，远超过钢材和其它常用材料，尤其是在腐蚀环境下，

尽管PVC材料有如上所述优点且在其它工程领域得到普遍应用，但PVC管材在煤矿中应用的时间并不长，关键原因是PVC树脂流动性差，分解温度与加工温度重叠，加工原料配方需对加工机械和模具的具体情况而设计，因此在添加抗静电、阻燃剂情况下配方的设计和加工的难度就构成了较高的技术壁垒。近年来，国内在PVC双抗管的研制方面，出现了重大突破，从根本上解决了添加的抗静电剂（PVC双抗管阻燃剂对管材性能影响不大，因为添加份数少）对管材强度的影响，表面电阻（抗静电性能指标）可优于MT181要求很多，而管材的强度受到的影响都却极小。但这种技术却只掌握在少数生产厂家手中。所以至今为止能生产PVC双抗管的厂家仍为数不多。虽然U-PVC双抗管材目前在煤矿中的应用量还远不及PE双抗管，但通过在使用过U-PVC双抗管的煤矿调查发现，由于其价格较低，强度高，安装方便，便于维修等优点，已成为PE双抗管的强有力竞争者。

三、 PE双抗管和U-PVC双抗管的对比

1、安装与维修

在煤矿条件，U-PVC管材的安装与维修要比PE管材方便。PVC树脂属极性分子材料，管材与管材或管材与管件之间的连接，可通过溶剂性专用胶粘剂来实现且可保证极高的粘接强度，这点已得到长期使用的验证。这对井下施工和维修带来了极大方便，施工和维修快捷、经济。PE树脂属非极性分子材料，迄今为止在技术上无法实现胶粘剂粘接，只能用熔焊机焊接，受井下安全规程限制，不能随意连接电源，只能在地面焊接法兰后连接。对弯头、三通、异径等管件，焊接到管子上以后还需再焊上法兰，方可在井下连接，费时费力且管件使用量多，成本上升。

2、经济性

管材生产的主要成本是树脂原料，树脂的价格和树脂的用量基本决定了成本的高低。树脂的用量一是取决于树脂的力学强度，强度越高管壁则可以越薄，也就越省料；二是取决于树脂比重。

3、安全性

根据MT181的规定，煤矿用塑料管必须满足抗静电和阻燃的要求，如前所述PE树脂是极其易燃的物质，要达到MT181规定的阻燃指标（酒精喷灯燃烧时间）具有很大难度，配方和工艺的波动，均可造成阻燃性能不合格。而PVC树脂由于分子链中含有阻燃的氯原子，本身就是难燃物质，容易达到MT181所要求的阻燃指标，因此安全性要高于PE管材。

其次，PE管道连接法兰，只能采用PE树脂原料所生产的法兰才能与PE管道进行熔接。但由于PE材料的硬度较低，材料的蠕变系数较大，上紧的法兰会随时间的增长而逐步松驰，导致接口泄漏。而PVC的硬度远高于PE，蠕变系数与PE相比也较小，法兰接口泄漏的可能性大大降低，使用寿命长。

从长期安全性而言，由于PVC材料的本身特性及双抗管配方的物理改性及材料改性其双抗性能随管材寿命等同变化。对PVC管材而言属永久特性，而PE管材的双抗性能基本属化学添加剂的改性，添加剂随时间延长逐渐析出，双抗性能会丧失。

四、结论

纵上所述，在煤矿中用塑料管道替代传统的钢管进行供、排水和瓦斯抽放，不但具有安装、维护方便的优点，而且耐腐蚀，使用寿命长，不结垢，水利性能好。现代技术的进步，使材料的抗静电性能和阻燃性能均可保证。而在塑料管道中U-PVC管道更是因其强度高，价格低，安装方便，安全性高等优点而值得大力推广。

五、执行标准：

MT 558.2-2005聚氯乙烯管材

六、检测项目及检测设备

扁平试验电子万能试验机

落锤冲击落锤冲击试验机

耐压试验管材静液压试验机

拉伸强度电子万能试验机

表面电阻电阻计