崖坪煤矿采空区油气管道的安全性评价及防护措施

来源 :中国石油大学(华东) | 被引量 : 0次 | 上传用户:caiguoxi
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某油气管道发生采空塌陷灾害的管段位于山西省乡宁县西坡镇崖坪村境内,属黄土残塬斜坡梁及丘陵地区。其所经采空地面塌陷为崖坪煤矿300万t/a改扩建矿井项目2#煤层11208采掘工作面开采所致。由于管道下方采煤发生的采空地面塌陷灾害,严重威胁了输气管道工程的安全运行,故对采空区油气管道的安全性评价及防护措施的研究,具有重要的现实意义。本论文在查明矿区开采、地质等环境条件基础上,基于概率积分法对采空区变形情况进行预计;采用有限元分析软件Ansys对采空变形条件下,管道应力情况进行模拟分析及计算,并对比地表移动变形监测、管道本体应变监测等实测数据,综合评价采空区稳定性及油气管道的安全性。同时依据评价成果及现场情况,实施了必要的防护措施。本文经研究得到以下主要成果:1、基于“概率积分法”数学模型对采空区地表变形进行了预计,并进一步评价了采空区的稳定性。经模型概化运用概率积分法计算所得地表变形最大沉降量、最大倾斜值、最大水平变形值。结合现场调查与实测数据,确定勘查区在2015年7月至9月底间,整体处于不稳定状态,进入10月后勘查区趋于基本稳定状态。2、根据建立的有限元模型,运用分析软件Ansys对管道应力情况进行了模拟,并得出管道允许最大沉陷量。运用模型对管道应力的模拟分析及计算校核结果可知,采空最大沉陷量下,管道所受应力超出了管材的屈服强度,即管道无法承受采空区最大沉陷变形。考虑到沉陷过程位移的不确定性及其他因素的影响,建议将管道所受应力控制在允许应力的50%左右,此时管道的最大沉陷量为80cm。3、采空大变形阶段,抬管措施为最有效措施。综合现场监测数据分析、采空区稳定性评价以及管道应力计算分析,采取了一系列有效措施,其中抬管措施在采空大变形阶段将管道所受应力基本控制在允许应力的50%左右,保证了管道的安全运行。
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