高樹生

陜西延長石油（集團）油氣勘探公司

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

1 采空區管道變形特征及危害

為了避免后期誘發地震及大面積塌陷，現代采煤技術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 煤礦采空區地質災害形式

公司僅2019年就出現三次管道斷裂事故，斷裂形態分別為彎頭位置拉伸斷裂、母材拉伸變形、母材拉伸斷裂。經過專業機構金相分析，管道母材材質均合格，確定事故為外力作用引起。由于斷裂發生時SCADA系統顯示異常及時緊急關斷，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、大面積長距離松散土質回填、管道軸向預留拉伸裕度、提高壁厚和防腐等級等措施。如在正常開挖管溝基礎上加寬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，常規做法是將管道填埋夯實，而采空區管道則采用松散土進行回填，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《石油天然氣工業管線輸送系統用鋼管》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。這些主動措施的實施，使得管道本質安全有了較大保障。

（ 2）日常運行管理。一是成立現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，并詳細記錄相關數據。二是對下沉管段沿線進行人工開挖，有效釋放應力（圖 2）。三是對部分下沉嚴重的管段進行主動抬升處理，使其基本恢復到原始狀態。四是針對下沉嚴重管段，在具備條件的區域實施局部改線，主動規避風險。

圖 2 下沉段沿線開挖釋放應力

（ 3）技防管理措施。充分發揮技防措施作用，如運用雷達遙感變形監測技術對裂縫進行實時監測；應用PCM檢測儀對管線進行探傷和壁厚監測；采用分布式光纖聲波傳感（DAS）技術對異常情況進行預警，以及啟用AI人工智能識別風險管理系統等，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，隨著煤礦開采量增大，采空區輸氣管道安全越來越引起重視，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規范》，為我們今后開展此項工作提供了依據。

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，國家危險化學品安全標準化評審人員，陜西省非煤礦山安全專家，陜西省應急管理與安全生產協會高級別專家組成員，現主要從事油氣勘探開發工作。聯系方式： 13809118318， 447571213@qq.com。