礦井排水管路壁厚計算方法的修正

魏國昌，劉榮弟

1中冶沈勘秦皇島工程設計研究總院有限公司 河北秦皇島 066004

2唐山開灤勘察設計有限公司 河北唐山 063000

排水設備在礦山地下建設和生產過程中不可缺少，排水管路是其中重要的組成部分。井筒管路的特點是安裝工作量大、空間位置狹窄、故障處理困難，因此正確選擇排水管壁厚，以滿足管壁強度要求，使管路可靠地運行，對礦井的安全生產有著十分重要的意義。對于井下涌水量大、排水管路高差大的礦井，這個問題尤為重要。

目前礦井工程設計中常用的排水管路壁厚計算公式有很多，其中最常用的是《煤礦井下排水泵站設計規范》[1]所推薦的公式

無論水平安裝的管路，還是傾斜、豎直安裝的管路的壁厚都是按公式 (1)計算的。雖然式 (1)一直被采用，但是很少有人對其適用性提出質疑。筆者通過對式 (1)推導的前提條件和排水管的實際受力狀態進行分析，再次審視式 (1)的適用性，希望能引起有關人員的重視和探討。

1 應力分析

從文獻 [2]可以看出，目前所有排水管路壁厚計算公式都是基于薄壁圓筒的受力狀態推導的。當薄壁圓筒內存在均勻分布的內壓時，管壁上任一點存在 3個相互垂直的主應力，從大到小依次為內壓周向應力內壓軸向應力和內壓徑向應力3 個主應力的表達式分別為：

圖1 排水管路受力分析Fig.1 Stress analysis of drainage pipeline

首先，管內并不總是存在沿軸向均勻分布的內壓力。由圖 1(a)可知，當處于傾斜狀態的管內充滿液體時，任一點處的壓力P隨距上端的距離h增加而增加，設上端壓力為Ps，下端壓力為Px，恒有Px＞P＞Ps。……