气煤叠置区高强度开采浅埋管道破坏时序规律研究

• Published in: 煤炭科学技术 Vol. 51; no. z2; pp. 152 - 164
• Main Authors: 任建东, 赵毅鑫, 孙中博, LIU Shimin, 王文
• Format: Journal Article
• Language: Chinese
• Published: 中国矿业大学(北京)共伴生能源精准开采北京市重点实验室,北京 100083 2023; 中国矿业大学(北京)能源与矿业学院,北京 100083%宾夕法尼亚州立大学能源与矿产工程系,美国宾夕法尼亚州16802%河南理工大学能源科学与工程学院,河南焦作 454003
• Subjects: time series rule; gas-coal overlapping area; shallow buried pipeline; volume strain limit; 气煤叠置区; 破坏方位; high-intensity coal mining; failure orientation; 体积应变极限; 高强度开采; 浅埋管道; 时序规律
• ISSN: 0253-2336
• DOI: 10.13199/j.cnki.cst.2023-0107

TD713; 鄂尔多斯气煤叠置区工作面的高强度回采极易导致地表浅埋油气管线变形失效,明确工作面推进过程中管道破坏的时序规律,对集输管线的精准维护和参数优化具有重要意义.首先,通过理论分析提出了体积应变的理论算法.其次,通过体积应变极限分别构建了管道局部拉伸和压缩状态下失效破坏判别的新方法.然后,通过数值模拟分析了管道轴向和环向的变形和体积应变,明确了埋地管道破坏的时序规律.同时,将数值结果与监测数据和理论结果进行对比分析,验证了试验结果的合理性和准确性.结果表明:以直径为 508 mm的输气管道为例,拉伸和压缩状态下油气管道的体积应变极限分别为 0.42%、-0.31%.工作面向管道靠近过程中管道的变形量总小于覆岩,二者为非协同变形,且工作面距管道越近非协同变形程度越大.在轴线方向上,管道的变形曲线均呈现漏斗状.管道的椭圆度随着管道与工作面间距离的缩小而逐渐减小,且二者间数学关系可用指数函数表达.管道拐点至端部体积应变大于零、拐点之间小于零,整体的体积应变关于沉陷中心位置左右对称.管道底部和顶部的体积应变分布并不对称,且同一轴向位置处顶部的体积应变绝对值总大于底部.管道顶底部破坏轮廓分别呈现"∩"和"∪",同一轴向位置上的破坏轮廓呈现"S".管道轴向易破坏的位置及形式:顶部中心压缩破坏、顶部两端拉伸破坏.采煤工作面逐渐靠近管道过程中,管道中心至拐点、端部至拐点均从先到后依次破坏,且中心位置破坏早于两端、顶部的破坏早于底部.与此同时,管道在环向上的破坏由 270°向 180°偏转,其中 330°～150°是最易发生破坏的方位;最小变形由 120°向 0°偏转.最后,通过地表沉降量、管道的变形量、椭圆度、剪应力等指标验证了结果的可靠性.研究结果进一步明确了埋地管道破坏的方位和时序,有利于管输工程的精准维护和高效施工,为促进油-气-煤资源的协调开采提供借鉴.