高樹(shù)生

陜西延長(cháng)石油（集團）油氣勘探公司

陜西延長(cháng)石油（集團）油氣勘探公司主要承擔天然氣的勘探及開(kāi)采工作，部分集氣管道途經(jīng)正在生產(chǎn)的煤礦采空區，地面發(fā)生大量塌陷，對管道安全運行影響較大，累計影響長(cháng)度達11.95 km。

1 采空區管道變形特征及危害

為了避免后期誘發(fā)地震及大面積塌陷，現代采煤技術(shù)在工作面回采過(guò)程中往往采用放頂措施，即工作面采完后讓煤層的頂部自然沉降。在沉降過(guò)程中，頂板受到覆蓋層的重力作用，從下到上依次將崩塌、變形傳遞到地表，導致地表形成大面積的裂縫（圖 1-a）、局部塌陷（圖 1-b）、下沉（圖 1-c）等地質(zhì)災害。鋪設在上方的管道由于外力作用使原有的平衡被打破，往往出現拉伸、擠壓、剪切、扭轉、彎曲變形，甚至出現管道斷裂情況。

圖 1 煤礦采空區地質(zhì)災害形式

公司僅2019年就出現三次管道斷裂事故，斷裂形態(tài)分別為彎頭位置拉伸斷裂、母材拉伸變形、母材拉伸斷裂。經(jīng)過(guò)專(zhuān)業(yè)機構金相分析，管道母材材質(zhì)均合格，確定事故為外力作用引起。由于斷裂發(fā)生時(shí)SCADA系統顯示異常及時(shí)緊急關(guān)斷，且斷裂位置處于荒郊野外，周?chē)鸁o(wú)居民，未造成次生事故，但造成一定經(jīng)濟損失。

2 治理方法

（ 1）設計施工階段。煤礦為先建項目，且區域內煤、氣資源完全重疊，主動(dòng)避讓、預留保安煤柱、選擇穩定采空區路由均不可行。我們在管道設計施工階段采用彈性敷設措施，即加寬管溝、大面積長(cháng)距離松散土質(zhì)回填、管道軸向預留拉伸裕度、提高壁厚和防腐等級等措施。如在正常開(kāi)挖管溝基礎上加寬0.5倍，給管道橫向移動(dòng)留出一定空間。管溝開(kāi)挖深度一般在凍土層以下，常規做法是將管道填埋夯實(shí)，而采空區管道則采用松散土進(jìn)行回填，減少管道覆蓋土層的壓力，為管道縱向位移留出空間。常規管道按照GB/T 9711― 2017《石油天然氣工業(yè)管線(xiàn)輸送系統用鋼管》選擇螺旋縫埋弧焊管，而在采空區選擇拉伸裕度較大的直縫雙面埋弧焊鋼管。常規集氣干線(xiàn)的腐蝕余量為1.0 mm，采空區選擇1.2 mm。管道壁厚采用GB 50349―2015《氣田集輸設計規范》推薦的壁厚計算公式：δ=PD/（2σs FΦ）+C ，其中C 為腐蝕余量附加值，即適當增加特殊地段管壁厚度。這些主動(dòng)措施的實(shí)施，使得管道本質(zhì)安全有了較大保障。

（ 2）日常運行管理。一是成立現場(chǎng)巡查專(zhuān)班駐點(diǎn)工作，每隔4小時(shí)巡查一次，重點(diǎn)檢查地面裂縫、下沉量變化，并詳細記錄相關(guān)數據。二是對下沉管段沿線(xiàn)進(jìn)行人工開(kāi)挖，有效釋放應力（圖 2）。三是對部分下沉嚴重的管段進(jìn)行主動(dòng)抬升處理，使其基本恢復到原始狀態(tài)。四是針對下沉嚴重管段，在具備條件的區域實(shí)施局部改線(xiàn)，主動(dòng)規避風(fēng)險。

圖 2 下沉段沿線(xiàn)開(kāi)挖釋放應力

（ 3）技防管理措施。充分發(fā)揮技防措施作用，如運用雷達遙感變形監測技術(shù)對裂縫進(jìn)行實(shí)時(shí)監測；應用PCM檢測儀對管線(xiàn)進(jìn)行探傷和壁厚監測；采用分布式光纖聲波傳感（DAS）技術(shù)對異常情況進(jìn)行預警，以及啟用AI人工智能識別風(fēng)險管理系統等，有效保護管道安全。

煤礦采空區管道安全運行是一項系統工程，隨著(zhù)煤礦開(kāi)采量增大，采空區輸氣管道安全越來(lái)越引起重視，山西省已出臺了地方標準DB14/T 2310―2021《煤礦采空區輸氣管道安全管理技術(shù)規范》，為我們今后開(kāi)展此項工作提供了依據。

作者簡(jiǎn)介：高樹(shù)生，本科，正高級工程師，注冊安全工程師/安全評價(jià)師，國家危險化學(xué)品安全標準化評審人員，陜西省非煤礦山安全專(zhuān)家，陜西省應急管理與安全生產(chǎn)協(xié)會(huì )高級別專(zhuān)家組成員，現主要從事油氣勘探開(kāi)發(fā)工作。聯(lián)系方式： 13809118318， 447571213@qq.com。