浅谈煤矿采空区管道沉陷的识别与治理

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1、万方数据科技情报开发与经济Sol—TECHINFORMATIONDEVELOPMENT＆ECONOMY2009年第19卷第10期文章编号：1005—6033(2009)10--0213-03收稿日期：2009--02-20浅谈煤矿采空区管道沉陷的识别与治理彭振华，何键宇(巾围石油西气东输管道分公司thi两i管理处．山西太原，030001)摘要：介绍了煤矿开采后引起地表移动与变形的形式以及对输油气管道产生的影响，探讨了管道通过煤矿采空区时的各种监测方法和治理措施。关键谲：煤矿采空区；输油气管道；变形监测中图分类号：TE83

2、2文献标识码：A油气管道工程是我国近年来蓬勃发展起来的一类大型工程．在过去的10年里．在役管道总里程由27650km迅速增加到57143km，预计到“十二五”末期，中国油气管道总里程将超过lO万km。这些输送油气的钢质管道具有线状、网状分布的特点．不可避免地会通过一些煤矿采空区，如果这些采空区形成地面沉陷、地面开裂和沉塌．将严重威胁通过该区域的油气管道安全。采空灾害可能导致管道变形、破坏，甚至巾断。因此．必须采取有效的采空区(含潜在采空区)日常管理措施，建立一套行之有效的应急策略。1煤矿采空区地表移动变形地下固体矿床开采

3、后的空间及其围岩失稳而产生位移、开裂、破碎垮落。直到上覆岩层整体下沉、弯曲所引起的地表变形和破坏的地区或范嗣统称采空区。采空区对地表的破坏程度主要取决于煤层顶板厚度、煤层厚度、顶板岩土性质(包括刚性、胶结程度)、倾斜度、物理性质(包括顶板分层情况、坡度、硬度、厚度等)，以及开采工艺、开采速度、地理表征等。1．1地表移动变形的规律地下煤层采fl：以后。覆岩在垂直方向上被破坏，在采空区周围发生较为复杂的移动和变形，其移动变形结束后形成3个不同的开采影响带，即冒落带、断裂带、弯flff带。冒落带直接位于采空区上方的顶板岩层。在

4、自重和上覆岩层重力作．HJ下，所受应力大大超过本身强度时，使煤层上方的部分岩层断裂、破碎而塌落，堆积于采空区。断裂带的岩层是胃落带上部的岩层在重力作用下，所受应力超过本身的强度时，产生裂隙、离层及断裂，但仍保持原有的岩层层次的琊部分岩层。弯曲带的岩层是断裂带上部的岩层在重力作用下．所受应力尚未超过岩层本身的强度，产生微小变形。但整体性术避破坏，也未产生断裂，仅出现连续平缓的弯曲变形。1．2地表变形的表象一般而言。采厚比(煤层埋深与煤层厚度之比)越小．地表变形越大；顶板刚性越低。地表变形越大；煤层开采跨度、长度越大(如长臂

5、回采、综合放顶工艺等)，地表变形越大；煤炭开采速度越快．地表变形越大。国内外采矿经验表明，一般情况下当采厚比小于30，同采工作匝较宽，顶扳为泥_页岩．采煤过后就容易发生塌陷变形：当采厚比介于30．60，采煤过后．地表变形处于中等，即已发生了变形，但变形量较小；当采厚比大干60．采煤过后，一般不容易发生变形．但也有例外．比如同采t作面较宽、机械化程度很高时．也可能发生塌陷变形。煤矿开采一定距离后。开采影响波及绝表。引起缝表下沉，随着工作面继续向前推进，地表的影响范围不断扩大．下沉值不断增加．在地表形成一个比开采范围大得多的

6、移动下沉盆地或形成较大的裂缝、塌陷坑。2采空区沉陷对油气管道的影响输油气管道在自身的弹性范围内产生的最大变形量大于采空区沉陷量．管道应该是相对安全的。2．1管道安全性分析长距离输油气金届管线属于线性工程．金属管道在自身强度允许的范围内，本身可以产生一定的形变。一定长度的管道在其敷设区域采空区地表发生塌陷、变形，势必造成金属管道弯曲变形，当地表变形量超过金属管道允许的最大变形挝时，管道将处于危险状态；如果地表变形量小于管道的允许变形量，管道是相对安全的。管道允许的变形监可参照《采空区地表移动盆地对埋地管道的影响分析》巾的公

7、式得出。．一3．2×106、／再夏而茹两鬲夏鬲丽骊夏耍西丽面a2————————■酾弧l万。。式巾：△为管道一定长度范围内的最大允许沉降量．mm；L为管道允许产生变形长度．mm；D为管道外径，ram；如为设计系数．取0．9；SMYS为钢管规定的最小屈服强度，MPa；&为管道原有的轴向应力，MPa。最大允许沉陷量与移动盆地沿矿层走向主断面长度、管道外径、管道壁厚、管道设计系数、管道工作压力、管道埋设温度、管道沉管时的温度、管材的各种参数有关。2．2关注要点煤矿采空区沉陷在以下情况时应立即采取措施，消减风险o(1)采厚比较小

8、。当采厚比小于30时．要及时采取措施，积极干预。(2)采空区沉陷处于活跃期。不同的开采条件下，活跃期到来的时问不回，管理上要密切关注。(3)采用长臂回采综合放顶工艺时，顶板发生断裂的可能性较大，会在短时间内发生大幅度的沉陷，甚至发生切冒沉陷．对油气管道的影响钕为严重。3油气管道通过煤矿采空区的管理油气管道在煤矿采空Ⅸ