采矿区管道受力分析及敷设技术研究

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1、万方数据2015年第2期管道技术PipelineTechnique{曼各Equipment2015No．2采矿区管道受力分析及敷设技术研究马驰(中油辽河工程有限公司，辽宁盘锦124010)摘要：文中通过对矿区地面沉降分析和应力计算，尤其是通过内压引起的轴向应力计算，确定矿区内管道路由、管材性能、柔性设计措施、管沟开挖和回填，管道防腐和检测，水工保护、警示和监控等。将研究成果应用到锦郑管道工程，节省工程费用，保证工期。关键词：沉降；应变；轴向应力；技术措施中图分类号：TE8文献标识码：A文章编号：1004-9614(2015)02-0022-03StressAnalysisofPipeline

2、inMiningAreaandStudyonLayingTechniqueMAChi(ChinaLiaohePetroleumEngineeringCo．，Ltd．，Panjin124010，China)Abstract：Throughanalysisofsurfacesubsidenceinminingareaaswellasstresscalculation，especiallythecalculationofaxialstresscausedbyinternalpressure，techniquemeasuresintheminingarea，includingthepipeliner

3、oute，property，flexibledesign，pipecanaldiggingandbackfilling，anticorrosionandinspection，hydraulicprotection，warningandmonitoring，weredeter—mined．TheachievementwasappliedtoJinzhou—Zhengzhoupipelineproject，andithelpedtoreducetheconstructioncostsandguaranteedtheconstructionperiod．Keywords：subsidence；st

4、rain；axialstress；techniquemeasures0引言管道在采矿区敷设受地质矿藏、开采规程影响。通过对矿区参数分析，建立数据模型，采用有限元分析法和拉伸试验等技术手段，确定地面沉降时管道应变；通过应变计算和应力校核确定管道设计各项工况参数。1沉降分析和应力分析地下开采引起的地表变形对埋地管道影响较大，主要表现为管道坡度的变化，以及管道受到附加应力作用后而产生的接头脱开、断裂等现象。以往主要采用留设保护煤柱的方法，但这样造成了煤炭资源的大量积压和浪费，对正常的煤矿采掘工作安排有很大影响，仅靠单纯的留设保护煤柱的方法，已不能解决地下开采和管道敷设的矛盾。通过研究在无煤柱或少留

5、煤柱的情况下采矿区地面变形的规律，分析和预测影响程度和地面变形值，然后根据管道允许变形控制指标，确定采矿区工程处理范围，并采取有效措施，将其对地表的影响降低到允许范围。在沉降区，管道发生较大几何变形，设在沉降区收稿日期：2014-07-17收修改稿日期：2015一ol一29发生最大沉降量为Y⋯，非沉降区与沉降区交界点为B点，在A。点发生最大沉降，刚。长度为2，其中Y。。。和f为已知量。管线在沉降区的变形为戤段，非沉降区与沉降区管道在B点相连。非沉降区管线视为半无限弹性地基梁(B点左侧)，与沉降区在B点相连。图1为受沉降影响的埋地管线变形。·．-弹性地基梁一一沉降区—一⋯，，，，／，，／t，，

6、，，，／，⋯，，／，，，，／⋯，——、B／．Al一＼＼ym始位置终位置图1受沉降影响的埋地管线变形1．1非沉降区管道分析非沉降区的管道可以用连续弹性地基梁模型来分析，忽略惯性力影响，其运动平衡方程可表示为：fElY¨’+KY=0{竺i乙㈩【MB=一ElY∽’式中：吖为弯曲刚度；戈为轴向边界；Y为梁的变形；K为弹性地基的弹簧常数；M。为B点弯矩。万方数据第2期马驰：采矿区管道受力分析及敷设技术研究231．2沉降区管道分析式中：0i为第i点管端转角。管道在沉降作用下的变形随沉降量的增大而增加。管段受力见图2。设管道的变形符合三次曲线规律，变形方程为Y20石3+bx+c式中n，b，c为待定系数。由

7、相应的边界条件：『X=0，Y=0【戈=0，，J，-0Bfz：2，y=ymax【石=f，y’=0可得变形曲线方程：Y。。。，3y。。。y=-万戈+1严口=耋=一≥戈2等dz2f’2f式中：)，。。。为管线由初始位置到最终形变的变量；Z为沉降区长度。由B点变形协调条件可得B点的弯矩如下：MB=2AEIO口=AEI—""．P_max(3)式中：A为常量，A=(南)了；钆为B处转角，如=裴=M。i去；E为管材的弹性模