立井井筒排水管路管壁厚度计算公式探讨

2011年第8期煤炭工程立井井筒排水管路管壁厚度计算公式探讨刘荣弟(唐山开滦勘察设计有限公司，河北唐山063000)摘要：文章分析了《煤矿井下排水泵站及排水管路设计规范》中关于排水管路管壁的计算公式，考虑到立井井筒排水管路管子应力状态的特殊性，指出了目前所使用的管壁厚度计算公式的局限性，提出了必须计入管子质量这一重要因素，推导了管子壁厚计算的新公式。关键词：立井井筒；排水管路；管壁厚度；计算公式中图分类号：TD442文献标识码：A文章编号：1671—0959(2011)08-0021-03DiscussiononPipeThicknessCalculationFormulaofWaterDischargingPipelineinMineShaftLIURong—di(TangshanKailuanSu~eyandDesignCompanyLtd．，Tangshan063000，China)Abstract：Thepaperhadananalysisonthecalculationformulaofthepipewallforthewaterdischargingpipelinestipulatedin“theDesignCodeofWaterDischargingPumpStationandWaterDischargingPipelineinUndergroundMine”．Inconsiderationofthestressstatusspecialtyofthepipeforthewaterdischargingpipelineinthemineshaft，thepaperpointedoutthelimitationofthepresentappliedcalculationformulaofthepipewallthickness．Theimportantfactorofthepipequalityshouldbeconsideredinthecalculationandanewcalcualtionformulaofthepipewallthicknesswasinferred．Keywords：mineshaft；waterdischargingpipeline；pipethickness；calculationformula矿井排水设备选型设计中立井井筒排水管路管壁厚度计算过去主要采用以下两个公式⋯：6：[(+0．4Pg)／(一1．3Pg)一1]+0(1)全的大问题，应给予足够的重视。笔者曾就此问题写过文章在《煤矿设计》1991年第六期发表，现就公式(3)展开讨论，其目的只是抛砖引玉，希望引起同行们的关注和重视，进而补充完善排水管路管壁厚度的计算。占：+n(2)1现有公式的适用范围前不久，由中国煤炭建设协会主编的《煤矿井下排水泵站及排水管路设计规范》(GB50451—2008)(以下简称《规范》)第4．4．5—1提出排水管路管子计算壁厚公式如下：D×D万()仔细分析上述三个公式，可以看出它们只是依据三个不同的强度理论推导而成，而所根据的计算模型是同一的。多年来，有关教科书和设计手册甚至设计规范一-：直都沿用这些公式，从未质疑过其计算模型与立井排水管路受力状态是否相符。随着矿井涌水量的增大和井筒深度的增加，排水管路管壁厚度的取值随之越大，因此要求计算模型应更较为准确地接近实际受力状态。这是关系到排水系统乃至矿井安为弄清三个公式的适用范围，也为了下一步推导的需要，先简述公式(3)的推导过程，如图1所示。(a)旦(b)图1薄壁圆筒受力状态示意图收稿日期：2010—10—09作者简介：刘荣弟(1945一)，男，河北丰南人，机械高级工程师，曾在开滦矿务局吕家坨矿机电科、总工程师室、扩建工程指挥部、开滦矿务局设计院工作。21学兔兔www.xuetutu.com煤炭工程2011年第8期公式推导可参考《材料力学》教科书，其模型是锅炉或其他承受内压的圆筒形容器，如图1(a)所示。当这类圆筒的壁厚远小于它的直径时，属于薄壁圆筒。薄壁圆筒受到由它所储存的气体或液体的均匀分布的内压P时，管壁上任何一点受到三个方向相互垂直的主应力，如图1(b)所示，分别为：内压周向应力，内压轴向应力，内压径向应力。由于内压周向应力or和内压径向应力沿管壁厚度方向是不均匀的。为方便计算，引入简化的平均应力，这对于薄壁圆筒误差很小，对于工程计算已经足够。经简化，三个主应力分别为：=案㈩=㈣=一号(6)式中p——计算管段的最大工作压力，MPa；D——管子内径，on；管子壁厚，cm。第四强度理论的强度条件为：√，0．5[(or1一2)+(2一3)+(3一1)。]：[or](7)将式(4)、(5)和(6)中or和分别用。、、，代替后代人式(7)，并将D=D一26代