天然气管道运输是天然气输送的主要方式之一,但是该输送方式受自然地质条件的影响较大,特别是输气管线穿越煤矿采空区时,采空区地表的变形会威胁管道的安全运营。因此,必须要对穿越采空区的输气管线进行危险性评价。本文以潜江-韶关输气管道工程为背景,选取广东韶关茶山矿区4煤和6煤(均为急倾斜煤层)老采空区及其上敷的输气管道为研究对象,采用力学分析、相似模拟试验和数值模拟分析的方法对穿越4煤和6煤采空区的输气管线进行危险性评价。(1)根据“砌体梁”理论,对采空区覆岩中的关键岩块进行受力分析,证明了在输气管道荷载作用下,4煤和6煤采空区不会发生“活化”;结合“弹性地基梁”理论判断出管道具有足够的柔度,在穿越采空区时不会发生悬空;对管道进行力学分析,可知管道受到的应力主要有环向应力(管道内压引起的环向应力)、轴向应力(管道内压的泊松效应、管土的摩擦轴向应力、管道的弯曲应力)、切向应力(由管道内压引起,数值太小,可忽略),其中只有管土的摩擦轴向应力和管道的弯曲应才会受采空区地表残余变形的影响,并根据“土弹簧”理论推导出了二者的计算公式。(2)以茶山矿区地层结构为地质原型,对4煤和6煤开采后上敷管道变形及受力进行了相似模拟试验,试验分析得出:管道的最大应变出现在管道的垂直位移最大处,并估算出在地质原型中管道受到的最大轴向附加应力为53.55MPa。(3)为了与相似模拟结果进行对比,使用ABAQUS 2020软件建立了采空区模型,分析了急倾斜煤层开采地表的垂直位移和水平位移规律,发现急倾斜煤层开挖地表的垂直位移曲线呈非对称的瓢形;水平位移曲线受基岩移动和第四系土体垂直弯曲共同影响,导致指向下山方向的位移要比指向上山方向的位移小;建立了和管土相互作用模型,得出管道的最大轴向附加应力出现在管道的垂直位移最大处,为62.51MPa。(4)根据von Mises判据得出管道的最大Mises等效应力为211.46MPa,位于管道的垂直位移最大处,且远小于管道的屈服应力,因此,穿越4煤和6煤采空区的输气管线不会发生破坏。论文有图36幅,表7个,参考文献74篇。