相邻急倾斜煤层采空区上部管道变形特征研究

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作者张家成
来源中国矿业大学
出版年2022
摘要
随着经济社会的不断发展,我国对于油气的需求量也在不断增加,输气管道的建设就显得十分重要,而输气管道在铺设的过程中难免会遇到比较复杂的地质条件,如跨越煤层采空区、高陡边坡、地面塌陷、跨越湖泊河流等,这些因素都会对输气管道的安全运行以及服役寿命造成影响。尤其当管道经过采空区域时,采空区地表变形可能会造成管道的弯曲变形,一旦管道出现弯折或者悬空将会非常危险,严重情况下会造成管内运输物质的泄漏。因此研究在采空区影响下的管道变形规律,对管道安全运行很有必要。论文以潜江-韶关段输气管道通过茶山以及茶山南煤矿采空区为研究背景,了解急倾斜煤层采空区的地层岩性、煤层开采情况、地质构造、各煤层倾角,分析煤层采空区地表变形机理以及在采空区的影响下上部管土的相互作用和管土受力分析,通过数值模拟和相似模拟研究急倾斜煤层采空区对上部管道的影响。通过数值模拟建立相邻急倾斜煤层采空区影响下管道的变形模型,分析不同煤层倾角条件下急倾斜煤层采空区对管道的影响。数值模拟结果显示随着煤层倾角的增大,管道的垂直位移量与下部土体下沉量基本一致;管道的附加轴向应力随着煤层倾角的增大再逐渐减小;通过理论计算得出在三种煤层倾角条件下管道的轴向应力均小于管道临界破坏应力,表明管道处于安全状态。相似模拟结果显示随着与采空区距离的增大,裂隙的发育程度越小;管道在模型地表的55cm与114cm处产生两个最大拉张应力,可以判断出在实际的研究区中管道的下沉弯曲范围对应研究区地表180m~380m,应对此区域内的管道进行重点监测。通过数值模拟以及相似模拟的结果可以看出,研究区内管道在11煤和12煤采空区影响下处于安全状态,该研究结果对于研究采空区上部管道的安全性具有一定的理论指导和参考价值。

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