高樹生

陜西延長石油（集團(tuán)）油氣勘探公司

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

1 采空區(qū)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(xiàn)代采煤技術(shù)在工作面回采過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(dǎo)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(zāi)害。鋪設(shè)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(xiàn)拉伸、擠壓、剪切、扭轉(zhuǎn)、彎曲變形，甚至出現(xiàn)管道斷裂情況。

圖 1 煤礦采空區(qū)地質(zhì)災(zāi)害形式

公司僅2019年就出現(xiàn)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)過專業(yè)機構(gòu)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SCADA系統(tǒng)顯示異常及時緊急關(guān)斷，且斷裂位置處于荒郊野外，周圍無居民，未造成次生事故，但造成一定經(jīng)濟損失。

2 治理方法

（ 1）設(shè)計施工階段。煤礦為先建項目，且區(qū)域內(nèi)煤、氣資源完全重疊，主動避讓、預(yù)留保安煤柱、選擇穩(wěn)定采空區(qū)路由均不可行。我們在管道設(shè)計施工階段采用彈性敷設(shè)措施，即加寬管溝、大面積長距離松散土質(zhì)回填、管道軸向預(yù)留拉伸裕度、提高壁厚和防腐等級等措施。如在正常開挖管溝基礎(chǔ)上加寬0.5倍，給管道橫向移動留出一定空間。管溝開挖深度一般在凍土層以下，常規(guī)做法是將管道填埋夯實，而采空區(qū)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(guī)管道按照GB/T 9711― 2017《石油天然氣工業(yè)管線輸送系統(tǒng)用鋼管》選擇螺旋縫埋弧焊管，而在采空區(qū)選擇拉伸裕度較大的直縫雙面埋弧焊鋼管。常規(guī)集氣干線的腐蝕余量為1.0 mm，采空區(qū)選擇1.2 mm。管道壁厚采用GB 50349―2015《氣田集輸設(shè)計規(guī)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(dāng)增加特殊地段管壁厚度。這些主動措施的實施，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(xiàn)場巡查專班駐點工作，每隔4小時巡查一次，重點檢查地面裂縫、下沉量變化，并詳細(xì)記錄相關(guān)數(shù)據(jù)。二是對下沉管段沿線進(jìn)行人工開挖，有效釋放應(yīng)力（圖 2）。三是對部分下沉嚴(yán)重的管段進(jìn)行主動抬升處理，使其基本恢復(fù)到原始狀態(tài)。四是針對下沉嚴(yán)重管段，在具備條件的區(qū)域?qū)嵤┚植扛木�，主動規(guī)避風(fēng)險。

圖 2 下沉段沿線開挖釋放應(yīng)力

（ 3）技防管理措施。充分發(fā)揮技防措施作用，如運用雷達(dá)遙感變形監(jiān)測技術(shù)對裂縫進(jìn)行實時監(jiān)測；應(yīng)用PCM檢測儀對管線進(jìn)行探傷和壁厚監(jiān)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(yù)警，以及啟用AI人工智能識別風(fēng)險管理系統(tǒng)等，有效保護(hù)管道安全。

煤礦采空區(qū)管道安全運行是一項系統(tǒng)工程，隨著煤礦開采量增大，采空區(qū)輸氣管道安全越來越引起重視，山西省已出臺了地方標(biāo)準(zhǔn)DB14/T 2310―2021《煤礦采空區(qū)輸氣管道安全管理技術(shù)規(guī)范》，為我們今后開展此項工作提供了依據(jù)。

作者簡介：高樹生，本科，正高級工程師，注冊安全工程師/安全評價師，國家危險化學(xué)品安全標(biāo)準(zhǔn)化評審人員，陜西省非煤礦山安全專家，陜西省應(yīng)急管理與安全生產(chǎn)協(xié)會高級別專家組成員，現(xiàn)主要從事油氣勘探開發(fā)工作。聯(lián)系方式： 13809118318， 447571213@qq.com。