煤矿用聚氯乙烯管材系列产品的研制.pdf

2 2‘ 东 斌 荞 种 救 2 0 0 6 年第 1 期 煤矿用聚氯乙烯管材系列产品的研制 充矿集团 新世纪公司李淮 摘 要实现管材的三层共挤， 必须三台挤出 机同时共用一套共挤模具来实现。选择三台合适挤出量挤出机机头， 进行必要 的改进， 以满足三层共挤模具的要求; 对于内缠绕钢网的管材， 要求配套自 动缠绕钢网 机。 关键词煤矿用聚氛乙烯 硬 管材配方三层共挤 煤矿用聚氯乙烯 硬 管材系列产品， 是在保持普通聚氯 乙 烯 硬 管材物理性能的基础上， 满足煤矿并下对管材的抗 静电和阻燃要求， 同时， 使管材具有抗冲击性、 耐腐蚀、 流体 阻力小、 质轻易搬运、 耐老化和寿命长等特点。 根据煤矿井下管材使用的实际情况， 首先要研制煤矿井 下给排水管、 正压风管、 喷浆管和抽放瓦斯管等管材系列产 品， 使其达到国际M T 5 5 8 . 2 一1 卯 6 “ 煤矿用聚氯乙烯 硬 管 材” 的规格和技术指标等要求; 其次， 研制超国际M 1 5 5 8 . 2 - 1 9 9 6 的煤矿用聚抓乙烯 硬 高耐压和大口 径的管材系列， 以 满足煤矿井下不同环境的使用要求， 最终实现对金属管材的 安全替代。因此， 研制方案围绕着以上确定的目 标来制定实 施。 1 研制方案 1 . 1 确定管材的断面结构 聚 氯乙烯管材本身具备一定的阻燃和抗静电性能， 但 是， 还达不到煤矿并下安全使用的要求。为了提高管材的耐 磨性， 以及降低管材的成本， 管材要加人一定量的阻烯剂、 抗 静电剂和碳酸钙， 这样就会大大降低管材的强度和抗冲击 性。 塑料管材可以分层， 而管材只是内外表面需要阻燃、 抗 静电和耐磨。因此， 可以将管材的断面分三层， 提高管材芯 部的刚性， 中间层不加以上材料， 以增加管材的整体强度和 抗冲击性。 1 . 2 管材配方的 研究 由 于管材断面的设计为三层， 其三层的性能要求不一 样， 因此， 其三层配方设计也不相同。 1 管材的内外皮层。由于都要求阻燃、 抗静电和耐磨， 因此， 其配方中都要加人阻燃、 抗静电剂和碳酸钙; 由于内皮 层输送物质， 为了增加它的耐磨性， 还要加人尼龙等物质; 为 了增加以 上混合料的自 润滑性、 加入贝壳粉等物质。 2 管材的中间芯层， 以聚氯乙烯树脂为主， 加人一些纤 维组织， 来提高管材的抗冲击性。 3 为了提高管材的刚性、 化学稳定性和抗老化性， 在以 上两种配方中， 加人增强剂、 改性剂和稀土稳定剂等。 1 . 3 管材成型工艺的制定 由于管材三层的配方各不相同， 因此， 只有通过三层共 挤的方式来实现; 主机挤出中间层， 辅机挤出内外皮层， 然后 通过共挤模具来实现成型， 要通过试验来确定区段温度和挤 出速度等 参数， 同 时， 也要对配料、 混料等工艺制定合理的 工 艺参数， 以 确保管材的 挤出质量。 对于中间层缠绕钢网的管材， 要设计专门的挤出工艺来 实现管材的成型。 1 先形成管材的内表面层; 2 实现在管 材内表面层上实现钢网的自动缠绕; 3 将管材外表面层的 挤出成型。 1 . 4 设备和模具配套 实现管材的三层共挤， 必须三台挤出机同时共用一套共 挤模具来实现。 选择三台 合适挤出量挤出机机头， 进行必要 的 改 进 ， 以 满 足 三 层 共 挤 镇 具 的 要 求 ; 对 于 内 缠 绕 钢 网 的 管 材， 要求配套自 动缠绕钢网机; 对挤出机机头的供电系统和 上料系统也要进行合理的配置; 管材的定型和牵引装置， 要 根据产品的挤出量来合理进行配置。 对于三层共挤的模具， 要向模具制作厂家提供管材的断 面、 配方和产品质量等方面的要求， 以及三台设备的情况， 以 便对模具在流道和融合段设计时， 给予充分考虑。 1 . 5 管件的制作 对于普通管材配套的管件， 采用煤矿用聚氯乙烯管材内 皮层的配方， 但是加人更多的纤维; 其工艺是将原料配料、 混 料， 然后进行制粒， 注塑成型， 使其完全满足煤矿井下对产品 的安全和其他各种性能的要求。 由于井下的使用环境恶劣， 安装条件不稳定， 需要研制 一种耐高压、 连接可靠的连接管件， 为此设计了一种类似于 煤矿液压设备中高压胶管的快速接头， 来作为管材的连接 件， 以确保管材的连接可靠和方便。 2 方案的实施 2 . 1 第一阶段 2 0 0 3 年4 月， 进行了第一次试制， 利用两台D 6 5 双螺杆 挤出生产线， 生产三层给排水管、 抽放瓦斯等产品， 经抽验检 验， 产品达到M T 5 5 8 . 2 一 1 9 9 6 煤矿用聚氯乙烯 硬 管材 标 准规定的各项指标。 2 . 2 第二阶段 2 0 0 4 年1 - 2 月份第二次研制开发了承压强度更高的钢 塑复合管材， 承压强度最高可达到8 0 M P a ， 达到了煤矿井下 给水管承压高的要求。 2 0 0 6 年第 1 期 ‘ 东 杖 荞 种 拔 2 3 牲软 ” 地 层 高 } 7G } 撤 f -防 j 毛 火 技 木 摘要 4 2组。 关健词 龙。 矿业集团有限公司 孟凡和 1 2 0 2 工作面采用Z Y Y 4 4 1 0 型 支架， 一次采全高。走向长度7 8 0 m ， 倾斜长度1 3 5 m 。 该面共有9 8 组支架， 发火前已 撤出 该面于1 9 9 3 年1 1 月3 0日 因 工作面支架后浮 煤发火无法扑灭被迫封闭， 向 工 作面注水淹没火区 。 浮煤发火撤面工作面风量注浆 1 概况 梁家煤矿位于黄县煤田的西北隅， 正居于聚煤盆地中心 部位。煤种为褐煤， B ， 极易风化， 易自 燃， 自然发火期为 3 0 - 4 5 d 。 矿并属低沼气矿井， 瓦斯相对涌出量为1 . 3 5 m s / t , 各煤层都有煤尘爆炸危险 性， 煤尘 爆炸指数为5 6 . 1 。井田 内可采煤层四 层， 即 煤 1 油2 、 煤2 、 煤3 油3 , 煤4 0煤层总厚 度1 3 . 8 5 m ， 煤层倾角6 0 一 1 2 0 ， 平均9 0 。第一水平一 4 5 0 m ， 主 要开采煤2 , 煤4 。 煤2 自 西向东逐渐变薄。 其直接顶板为含 油泥岩， 厚度约1 6 一 1 8 m ， 极易风化、 膨胀， 属龙口矿区三软岩 层的典型层位， 其底板为炭质泥岩， 极易泥化、 风化， 平均厚 度约1 2 . 8 9 m . 梁家 煤矿开采初期投产的2 2 0 1 , 1 2 0 2 工作面， 属煤2 层 位， 厚度4 . 5 m . 1 2 0 2 工作面采用Z Y Y 4 4 1 0 型支架， 一次采全 高。 走向长度7 8 0 m ， 倾斜长度1 3 5 m 。该面共有9 8 组支架， 发火前已撤出4 2 组。该面于1 9 9 3 年1 1 月3 0日因工作面支 架后浮煤发火无法扑灭被迫封闭， 向工作面注水淹没火区。 1 2 月 1 0日检查封闭区内空气气样为 C O 0 . 0 0 1 6 , C H , 1 1 . 3 7 , C O z 2 . 4 ， q3 . 7 0 ， 凡8 2 . 4 6 ， 温度3 9 C . 2 撤架防火措施及过程 2 . 1 撤架过程 1 9 9 3 年1 2 月1 2 日1 2 0 2 工作面开始启封封闭区排放瓦 斯。经检查， 1 2 0 2 工作面水淹至第7 8 架底托架， 发火位置 的 第5 8 架已 淹没， 气体检查结果为C K 0 . 0 2 , 0 00 , C O Z 0 . 0 8 , 温度2 4 C ， 已趋于正常。 工作面开始排水。经抽水 发现 综采支架掩护梁下至底板有一三角形空洞， 由于灭火 时被水和泥浆冲刷形成五个高约 l m 、 宽约0 . 8 m的通道。其 通道直至上隅角。1 2 0 2 工作面上隅角有一近 1 . 3 m宽的空 间， 局部温度超过2 8 9 0 。停采线一侧煤壁因停采时间较长， 有5 m 距离片帮， 片帮深度约2 m 。其余煤壁也不同程度的有 压力显示， 出现裂隙。停采线靠近上顺槽的三角煤压力明显 增大， 煤体和喷浆硷出现明显裂缝。整个工作面顶板压力明 显增大， 棱形网 兜煤歼现象普遍且明显下沉。 工作面最下部的 第4 3 , 4 4 , 4 5 , 4 6 , 4 7 架已压成 死架， 必须采用底板放炮法才能将工作面支架撤出， 第4 8 、 4 9 , 5 0 , 5 1 , 5 2 架比 火 衣 前 下 降0 . 7 一 0 . 3 m ， 压 力 明 显 增大， 第5 8 架因 火点高温将高压软管损坏而卸压， 与其相 邻的 第5 7 支架压力增大而下降0 . 7 m . 火点处煤体及采空区煤体因被水浸泡明显崩解， 崩解后 的煤体体积变小， 表面积增大， 氧化速度加快。工作面底板 的炭质泥岩遇水后泥化膨胀， 底板已明显底鼓。 根据现场情况， 必须做好长时间撤架的准备， 而撤除全 部支架的前提必须保证工作面不发火。 1 2 0 2 工作面在位于第5 6 一 5 8 架之间有一落差 0 . 7 一 1 . 2 m 的断层斜交工作面， 采煤过程中留有部分顶煤， 由于各 种原因， 临停采时进度较快， 停采后撤架速度缓慢， 这是引起 工作面采空区浮煤发火的一个原因。停采前没有彻底对工 作面进行洒浆， 是引起工作面浮煤发火的另一个原因。 2 . 3 第三阶段 根据煤矿井下使用和市场信息反馈情况， 研制开发了大 口 径矿用管材， 产品规格由X 4 0 0 扩大到o l 0 0 0 m m ; 承压 等级由0 . 8 M P a 提升到1 . O M P a / l . 2 5 M P a / l . 6 M P a o 3 试验效果 3 . 1 第一阶段 1 2 0 0 3 年7月兴隆庄煤矿掘进一区进行了 0 9 0 n u n / 4 1 1 0 m m给排水管试验， 试验总长度1 3 6 0 m ， 并下供水最大压 力为2 . 9 M P a ， 使用时间4 个月， 2 0 0 1 年 1 月 1 3日报告无异 常。 2 2 0 0 3年 8月在鲍店煤矿掘进一区、 三区进行了 0 9 0 m m / D l 1 0 m m 风管、 给排水管试验， 试验总长度7 0 10 m ， 井 下供水最大压力为2 . 5 M P a ， 使用时间6 个月， 2 0 0 4 年3 月报 告无异常。 3 . 2 第二阶段 1 2 0 ”年3 月在南屯煤矿一 4 3 2 大巷、 七采西部水仓进 行了D 2 5 0 m m / 0 1 6 0 m m / D 1 1 0 m m / 4 9 0 m m压风、 排水管试验， 试 验总长度4 0 3 2 m ， 井下供水最大压力为 2 . O M P a ， 使用时间3 个月， 2 0 0 1 年3 月报告无异常。 2 2 0 3 年 1 0 月在南屯煤矿进行了D 3 1 5 0 m m / d 2 0 0 m m / 0 1 6 0 m m / 0 9 0 m m耐磨管试验， 试验总长度3 0 0 0 m ， 井下供水最 大压力为3 . O M P a ， 使用时间3 个月， 2 0 0 3 年 1 2 月报告无异 常。 到目 前为止， 已 有K S 一 矿用给排水管， K F 一 矿用风管， K J 一 矿用喷浆管， K W一 矿用抽放瓦斯管四 个系列共1 8 5 个规 格的产品获得 煤矿用产品安全标志证书 ， 产品经“ 国家采 煤机械质量监督检验中心” 抽样检测， 各项技术指标大大超 过M T 5 5 8 . 2 一 1 9 9 6 煤矿用聚氯乙烯 硬 管材 和Q / Y Z K 0 7 6 一 2 0 0 3 煤矿用聚氯乙烯管材 标准要求。