張建亮1 李艷軍2 陳帥肖2 郭永偉1 李思業(yè)1

1.山西煤層氣（天然氣）集輸有限公司； 2.北京中地華安地質(zhì)勘查有限公司

 

摘  要：煤炭資源開(kāi)采形成的地面塌陷對其地表的輸氣管道及附屬設施運行安全造成嚴重影響。從輸氣管道規劃、建設和運行等階段，分析了風(fēng)險因素，梳理了政府、建設和運營(yíng)方及煤礦企業(yè)的職責，為輸氣管道風(fēng)險控制提供管理思路。

關(guān)鍵詞：輸氣管道；風(fēng)險； 采空塌陷；規劃；建設；運行

 

 

山西省因采煤形成63億立方米的采空區，面積達5 115 km2，引發(fā)的地表沉陷面積達2 978 km2，對區域內生態(tài)環(huán)境造成非常嚴重的破壞。全省近年來(lái)積極推進(jìn)“氣化山西”建設，輸氣管網(wǎng)覆蓋了90多個(gè)縣區。密集的長(cháng)輸管線(xiàn)的規劃、建設及運營(yíng)在時(shí)間與空間上與煤礦開(kāi)采和規劃發(fā)生重疊相交。因采空塌陷區內輸氣管道的防護而投入的費用每年以千萬(wàn)計，給企業(yè)的生產(chǎn)運營(yíng)及安全管理帶來(lái)嚴重影響（圖 1）。

1 危害形式

1.1 對管道本體的影響

采空塌陷區內的管道由于受到擠壓、拉拽，經(jīng)常出現位移、翹曲，嚴重時(shí)發(fā)生彎曲變形，管道本體出現褶皺變形（圖 2），嚴重時(shí)造成管道拉裂、爆炸、輸氣中斷等，影響居民生活和企業(yè)生產(chǎn)。如2018年1月，山西三晉天然氣長(cháng)輸管道（長(cháng)子縣－長(cháng)治縣段）受采空區地表沉陷影響，造成管道局部地段應力發(fā)生變化，管道被拉裂漏氣，導致長(cháng)治市短時(shí)間內供氣量減少32萬(wàn)立方米。

1.2 對輸氣站場(chǎng)的影響

采空塌陷范圍內地表被拉裂，形成拉張裂縫，同時(shí)由于差異性沉降，地面形成錯臺。位于塌陷區輸氣 站場(chǎng)多形成裂縫，工藝管道受不同方向作用力而發(fā)生應力集中，影響運行安全；輸氣站場(chǎng)內的建筑物、圍墻等受拉力、剪切力的作用，墻體出現裂縫甚至坍塌（圖 3）。

1.3 對伴行路的影響

采空塌陷使輸氣管道工程的伴行路也出現拉張裂縫和錯臺，給進(jìn)行管道日常維護的車(chē)輛和人員通行造成困難（圖 4）。

2 危害成因

（1）管道建設規劃階段未能將當地礦產(chǎn)資源（煤礦）開(kāi)發(fā)規劃作為影響管道安全的重要因素做專(zhuān)項論證。

（2）可行性研究階段未能開(kāi)展針對管道工程的壓覆礦產(chǎn)資源評估，未與管道壓覆的礦業(yè)權人簽署路由通過(guò)協(xié)議。

（3）初步設計及施工階段針對通過(guò)礦產(chǎn)資源開(kāi)采區域的管段，未能進(jìn)行專(zhuān)項設計并采取針對性的安全防護措施。

（4）運行階段未能及時(shí)了解煤礦企業(yè)生產(chǎn)規劃和開(kāi)采動(dòng)態(tài)，對采空塌陷區內的輸氣管道保護和防護滯后。

3 危害防控

3.1 規劃（預可研）階段

根據《石油天然氣管道保護法》《石油天然氣規劃管理辦法》《山西省石油天然氣管道建設和保護辦法》等規定，為避免影響輸氣管道建設以及運行安全，在管道建設規劃（預可研階段）階段應該結合全省煤炭礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)規劃進(jìn)行調研論證，納入管道規劃建設的論證文件，作為后續開(kāi)展可行性研究的重要輸入。

3.2 可行性研究階段

根據《礦產(chǎn)資源法》及其實(shí)施細則，參考《國土資源部關(guān)于進(jìn)一步做好建設項目壓覆重要礦產(chǎn)資源審批管理工作的通知》《山西省關(guān)于做好建設用地壓覆重要礦產(chǎn)資源工作的補充通知》等規定，管道選線(xiàn)通過(guò)重要礦產(chǎn)資源分布區域的，依照有關(guān)法律、法規的規定，應當經(jīng)有關(guān)部門(mén)批準。

輸氣管道壓覆礦產(chǎn)資源評估工作是管道建設前期核準的重要依據，一般由專(zhuān)業(yè)單位協(xié)助管道建設單位完成，管道企業(yè)管理人員和專(zhuān)業(yè)評價(jià)技術(shù)人員做了非常多的研究工作[1-5]。

如 CDP-F-GP-OP-001―2009/A《輸氣管道工程可行性研究報告編制規定》中明確要求，在可行性研究報告的編制依據中需要有項目壓覆礦產(chǎn)資源評價(jià)的內容，同時(shí)在線(xiàn)路的走向方案比選、管道敷設、安全等章節，都應該包含管道通過(guò)煤炭資源區域（采空區）的內容和安全防范措施論述。澳大利亞標準AS 2885.1―2012《氣體與石油液體管道 第1部分：設計與施工》明確規定，在管道建設可行性研究階段，要開(kāi)展安全管理研究工作并形成報告，報告內容包括管道工程通過(guò)礦產(chǎn)資源開(kāi)采區域的論證[6]。

3.3 初步設計階段

《石油天然氣管道保護法》要求：管道設計選線(xiàn)應當避開(kāi)活動(dòng)斷層、滑坡、崩塌、地裂縫、采空區等地震地質(zhì)災害危險區域。

按照GB 50251―2015《輸氣管道工程設計規范》規定：輸氣管道“宜避開(kāi)礦山采空區及全新世活動(dòng)斷層”。輸氣站位置應避開(kāi)地面沉降等“不良工程地質(zhì)地段及其他不宜設站的地方”。 CDP-FPC-OP-003―2009/B《油氣管道工程初步設計編制規定》明確設計依據、設計基礎資料、對專(zhuān)項評價(jià)內容的響應均需涉及管道通過(guò)礦產(chǎn)資源開(kāi)采區域（采空區）的情況，包括管道通過(guò)采空區的敷設方法及處置措施。管道通過(guò)采空區的敷設設計和處置措施，可參考Q/SY XQ 125―2010《采空區管道風(fēng)險評價(jià)與防治 方法》等行業(yè)規范。

3.4 施工階段

依據《石油天然氣管道保護法》規定：“管道的安全保護設施應當與管道主體工程同時(shí)設計、同時(shí)施工、同時(shí)投入使用”。輸氣管道工程竣工驗收后，管道企業(yè)應當“將竣工測量圖報管道所在地縣級以上地方人民政府主管管道保護工作的部門(mén)備案”。為管道運行階段通過(guò)礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)區域的保護奠定基礎。

3.5 運行階段

《石油天然氣管道保護法》明確規定，在管道線(xiàn)路中心線(xiàn)兩側各200米、管道附屬設施周邊500米地域范圍內進(jìn)行采礦作業(yè)的，管道企業(yè)應當與礦產(chǎn)資源開(kāi)采企業(yè)協(xié)商確定施工作業(yè)方案，并簽訂安全防護協(xié)議，制定管道安全防護方案。

《采空區管道風(fēng)險評價(jià)與防治方法》和山西省能源局編制的《采動(dòng)/采空區輸氣管道安全管理技術(shù)規范（征求意見(jiàn)稿）》，提出的運行期管道采空塌陷災害的風(fēng)險識別、管道通過(guò)采空塌陷區域的安全監測及預警以及各種防控處置措施等，在山西煤層氣（天然氣）集輸有限公司輸氣管道通過(guò)采空塌陷區的治理工作中得到了有效應用[7]。

4 各參與方職責

4.1 規劃（預可研）階段

政府部門(mén)組織編制并實(shí)施管道發(fā)展規劃，統籌協(xié)調管道發(fā)展規劃與其他專(zhuān)項規劃的銜接,協(xié)調處理管道建設和保護的重大問(wèn)題。

管道建設運行單位是規劃項目的實(shí)施主體，要將管道建設規劃確定的重大項目、建產(chǎn)指標納入企業(yè)規劃和年度計劃并滾動(dòng)調整，確保規劃實(shí)施；同時(shí)規劃階段要將礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)對管道建設及運行安全的影響作為重要風(fēng)險因素。

規劃編制單位配合管道建設單位編制規劃報告，將地方礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)利用規劃等文件作為影響管道安全的重要輸入。

4.2 建設階段

根據項目實(shí)施程度的次第關(guān)系，依次可細分為可行性研究階段、初步設計階段、施工及竣工驗收階段。

政府有關(guān)部門(mén)負責管道工程建設項目安全設施與管道主體工程同時(shí)設計、同時(shí)施工、同時(shí)投入使用的審查；指導、監督有關(guān)部門(mén)履行管道保護義務(wù)；依法查處危害管道建設和安全的違法行為。

管道建設單位在可行性研究階段負責組織專(zhuān)項評價(jià)單位開(kāi)展壓覆礦產(chǎn)資源評估工作，與礦業(yè)權人達成路由通過(guò)協(xié)議；初步設計階段負責監督、檢查設計單位對于管道工程通過(guò)礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)區域的保護措施、方案等；施工及竣工驗收階段負責監督、檢查施工單位對于管道通過(guò)礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)區域的設計方案的實(shí)施；配合政府部門(mén)進(jìn)行工程竣工驗收審查。

設計單位在可行性研究階段負責將規劃及專(zhuān)項評價(jià)中有關(guān)管道通過(guò)礦產(chǎn)資源區域的文件作為可研輸入，初步分析制定管道通過(guò)區域的保護措施；初步設計階段進(jìn)一步落實(shí)可研階段確定的管道通過(guò)礦產(chǎn)資源開(kāi)采區域的保護方案；施工及竣工驗收階段配合管道建設單位檢查施工單位對于管道通過(guò)礦產(chǎn)資源開(kāi)采區域安全防護設計落實(shí)情況。

專(zhuān)業(yè)服務(wù)單位在可行性研究階段依照法律法規和技術(shù)規范，負責配合管道建設單位做好壓覆礦產(chǎn)資源評估及審批工作；初步設計、施工及竣工驗收階段針對管道通過(guò)礦產(chǎn)資源開(kāi)采區域的安全防護工作，配合管道建設及運行單位進(jìn)行設計、監測、預警及技術(shù)咨詢(xún)工作。

礦山企業(yè)（礦業(yè)權人）在可行性研究階段與管道建設單位簽訂建設路由通過(guò)協(xié)議；初步設計、施工及竣工驗收階段與管道建設單位落實(shí)壓覆礦產(chǎn)補償，確定管道通過(guò)礦產(chǎn)資源開(kāi)采區域的保護方案。

施工單位在施工及竣工驗收階段落實(shí)設計中關(guān)于管道通過(guò)礦產(chǎn)資源開(kāi)采區域的安全防護方案；配合管道建設單位開(kāi)展竣工驗收工作。

4.3 運行階段

管道運營(yíng)單位在政府有關(guān)部門(mén)的協(xié)調和指導下做好與管道沿線(xiàn)礦山企業(yè)的溝通工作，開(kāi)展管道通過(guò)礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)區域的保護工作。專(zhuān)業(yè)服務(wù)單位針對管道通過(guò)礦產(chǎn)資源開(kāi)采區域的安全防護工作，配合管道建設及運行單位進(jìn)行設計、監測、預警及技術(shù)咨詢(xún)工作。礦山企業(yè)（礦業(yè)權人）配合管道運營(yíng)企業(yè)做好礦產(chǎn)資源開(kāi)采區域內的管道保護工作。

5 結語(yǔ)

科學(xué)管理、有效降低煤礦開(kāi)采對輸氣管道安全影響的工作任重道遠。按照各參與方的職責要求，在規劃、可研、設計及運行階段，嚴格執行法律法規及標 準規范要求，做好通過(guò)煤礦開(kāi)采區域管道的防護以及全面風(fēng)險防控工作，從根本上解決直至消除采空塌陷對管道的威脅，保障管道安全運營(yíng)。

 

參考文獻：

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[2] 段先猛，李婷.天然氣長(cháng)輸管道項目前期工作標準化管理探討[J].石油工業(yè)技術(shù)監督， 2016(11)： 67-70.

[3] 肖文俊，劉建龍，楊玉瓊，等. 建設項目規劃中壓覆礦產(chǎn)資源問(wèn)題研究[J].價(jià)值工程， 2014(1)： 78-79.

[4] 李軍.某油氣管道廣西段用地壓礦調查評估研究[J].科學(xué)家， 2015， 3(12)： 42-43.

[5] 雷巖，王卓，王希. 芻議建設項目壓覆礦產(chǎn)資源處置[J].中國國土資源經(jīng)濟， 2016(29)： 37.

[6] 何祖祥，李春鋒，王洪波，等. 采用澳標進(jìn)行油氣管道線(xiàn)路設計的探討[J].石油工業(yè)技術(shù)監督，2019， 35(7)： 32-34.

[7] 北京中地華安地質(zhì)勘查有限公司.山西煤層氣（天然氣）集輸有限公司長(cháng)子末站附屬管線(xiàn)采空區治理一期工程附屬設施管線(xiàn)應力監測總結報告[R].2018.

 

 

    作者簡(jiǎn)介：張建亮，1984年生，2009年7月畢業(yè)于遼寧石油化工大學(xué)油氣儲運工程專(zhuān)業(yè)，大學(xué)本科學(xué)歷，工程師，主要從事天然氣管道集輸、城鎮燃氣輸配等工作。聯(lián)系方式：18234005181。

通訊作者：李艷軍，1984年生，2010年畢業(yè)于中國科學(xué)院青藏高原研究所自然地理學(xué)專(zhuān)業(yè)，研究生學(xué)歷，工程師，從事長(cháng)輸管道地質(zhì)災害防治與科研工作。聯(lián)系方式： 13811534383， 1747649963@qq.com。