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管道研究

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煤矿采空塌陷区输气管道全面风险管控

来源:《管道保护》杂志 作者:张建亮;李艳军;陈帅肖;郭永伟;李思业 时间:2020-9-16 阅读:

张建亮1 李艳军2 陈帅肖2 郭永伟1 李思业1

1.山西煤层气(天然气)集输有限公司; 2.北京中地华安地质勘查有限公司

 

摘  要:煤炭资源开采形成的地面塌陷对其地表的输气管道及附属设施运行安全造成严重影响。从输气管道规划、建设和运行等阶段,分析了风险因素,梳理了政府、建设和运营方及煤矿企业的职责,为输气管道风险控制提供管理思路。

关键词:输气管道;风险; 采空塌陷;规划;建设;运行

 

 

山西省因采煤形成63亿立方米的采空区,面积达5 115 km2,引发的地表沉陷面积达2 978 km2,对区域内生态环境造成非常严重的破坏。全省近年来积极推进“气化山西”建设,输气管网覆盖了90多个县区。密集的长输管线的规划、建设及运营在时间与空间上与煤矿开采和规划发生重叠相交。因采空塌陷区内输气管道的防护而投入的费用每年以千万计,给企业的生产运营及安全管理带来严重影响(图 1)。

1 危害形式

1.1 对管道本体的影响

采空塌陷区内的管道由于受到挤压、拉拽,经常出现位移、翘曲,严重时发生弯曲变形,管道本体出现褶皱变形(图 2),严重时造成管道拉裂、爆炸、输气中断等,影响居民生活和企业生产。如2018年1月,山西三晋天然气长输管道(长子县-长治县段)受采空区地表沉陷影响,造成管道局部地段应力发生变化,管道被拉裂漏气,导致长治市短时间内供气量减少32万立方米。

1.2 对输气站场的影响

采空塌陷范围内地表被拉裂,形成拉张裂缝,同时由于差异性沉降,地面形成错台。位于塌陷区输气 站场多形成裂缝,工艺管道受不同方向作用力而发生应力集中,影响运行安全;输气站场内的建筑物、围墙等受拉力、剪切力的作用,墙体出现裂缝甚至坍塌(图 3)。

1.3 对伴行路的影响

采空塌陷使输气管道工程的伴行路也出现拉张裂缝和错台,给进行管道日常维护的车辆和人员通行造成困难(图 4)。

2 危害成因

(1)管道建设规划阶段未能将当地矿产资源(煤矿)开发规划作为影响管道安全的重要因素做专项论证。

(2)可行性研究阶段未能开展针对管道工程的压覆矿产资源评估,未与管道压覆的矿业权人签署路由通过协议。

(3)初步设计及施工阶段针对通过矿产资源开采区域的管段,未能进行专项设计并采取针对性的安全防护措施。

(4)运行阶段未能及时了解煤矿企业生产规划和开采动态,对采空塌陷区内的输气管道保护和防护滞后。

3 危害防控

3.1 规划(预可研)阶段

根据《石油天然气管道保护法》《石油天然气规划管理办法》《山西省石油天然气管道建设和保护办法》等规定,为避免影响输气管道建设以及运行安全,在管道建设规划(预可研阶段)阶段应该结合全省煤炭矿产资源开发规划进行调研论证,纳入管道规划建设的论证文件,作为后续开展可行性研究的重要输入。

3.2 可行性研究阶段

根据《矿产资源法》及其实施细则,参考《国土资源部关于进一步做好建设项目压覆重要矿产资源审批管理工作的通知》《山西省关于做好建设用地压覆重要矿产资源工作的补充通知》等规定,管道选线通过重要矿产资源分布区域的,依照有关法律、法规的规定,应当经有关部门批准。

输气管道压覆矿产资源评估工作是管道建设前期核准的重要依据,一般由专业单位协助管道建设单位完成,管道企业管理人员和专业评价技术人员做了非常多的研究工作[1-5]。

如 CDP-F-GP-OP-001―2009/A《输气管道工程可行性研究报告编制规定》中明确要求,在可行性研究报告的编制依据中需要有项目压覆矿产资源评价的内容,同时在线路的走向方案比选、管道敷设、安全等章节,都应该包含管道通过煤炭资源区域(采空区)的内容和安全防范措施论述。澳大利亚标准AS 2885.1―2012《气体与石油液体管道 第1部分:设计与施工》明确规定,在管道建设可行性研究阶段,要开展安全管理研究工作并形成报告,报告内容包括管道工程通过矿产资源开采区域的论证[6]。

3.3 初步设计阶段

《石油天然气管道保护法》要求:管道设计选线应当避开活动断层、滑坡、崩塌、地裂缝、采空区等地震地质灾害危险区域。

按照GB 50251―2015《输气管道工程设计规范》规定:输气管道“宜避开矿山采空区及全新世活动断层”。输气站位置应避开地面沉降等“不良工程地质地段及其他不宜设站的地方”。 CDP-FPC-OP-003―2009/B《油气管道工程初步设计编制规定》明确设计依据、设计基础资料、对专项评价内容的响应均需涉及管道通过矿产资源开采区域(采空区)的情况,包括管道通过采空区的敷设方法及处置措施。管道通过采空区的敷设设计和处置措施,可参考Q/SY XQ 125―2010《采空区管道风险评价与防治 方法》等行业规范。

3.4 施工阶段

依据《石油天然气管道保护法》规定:“管道的安全保护设施应当与管道主体工程同时设计、同时施工、同时投入使用”。输气管道工程竣工验收后,管道企业应当“将竣工测量图报管道所在地县级以上地方人民政府主管管道保护工作的部门备案”。为管道运行阶段通过矿产资源开发区域的保护奠定基础。

3.5 运行阶段

《石油天然气管道保护法》明确规定,在管道线路中心线两侧各200米、管道附属设施周边500米地域范围内进行采矿作业的,管道企业应当与矿产资源开采企业协商确定施工作业方案,并签订安全防护协议,制定管道安全防护方案。

《采空区管道风险评价与防治方法》和山西省能源局编制的《采动/采空区输气管道安全管理技术规范(征求意见稿)》,提出的运行期管道采空塌陷灾害的风险识别、管道通过采空塌陷区域的安全监测及预警以及各种防控处置措施等,在山西煤层气(天然气)集输有限公司输气管道通过采空塌陷区的治理工作中得到了有效应用[7]。

4 各参与方职责

4.1 规划(预可研)阶段

政府部门组织编制并实施管道发展规划,统筹协调管道发展规划与其他专项规划的衔接,协调处理管道建设和保护的重大问题。

管道建设运行单位是规划项目的实施主体,要将管道建设规划确定的重大项目、建产指标纳入企业规划和年度计划并滚动调整,确保规划实施;同时规划阶段要将矿产资源开发对管道建设及运行安全的影响作为重要风险因素。

规划编制单位配合管道建设单位编制规划报告,将地方矿产资源开发利用规划等文件作为影响管道安全的重要输入。

4.2 建设阶段

根据项目实施程度的次第关系,依次可细分为可行性研究阶段、初步设计阶段、施工及竣工验收阶段。

政府有关部门负责管道工程建设项目安全设施与管道主体工程同时设计、同时施工、同时投入使用的审查;指导、监督有关部门履行管道保护义务;依法查处危害管道建设和安全的违法行为。

管道建设单位在可行性研究阶段负责组织专项评价单位开展压覆矿产资源评估工作,与矿业权人达成路由通过协议;初步设计阶段负责监督、检查设计单位对于管道工程通过矿产资源开发区域的保护措施、方案等;施工及竣工验收阶段负责监督、检查施工单位对于管道通过矿产资源开发区域的设计方案的实施;配合政府部门进行工程竣工验收审查。

设计单位在可行性研究阶段负责将规划及专项评价中有关管道通过矿产资源区域的文件作为可研输入,初步分析制定管道通过区域的保护措施;初步设计阶段进一步落实可研阶段确定的管道通过矿产资源开采区域的保护方案;施工及竣工验收阶段配合管道建设单位检查施工单位对于管道通过矿产资源开采区域安全防护设计落实情况。

专业服务单位在可行性研究阶段依照法律法规和技术规范,负责配合管道建设单位做好压覆矿产资源评估及审批工作;初步设计、施工及竣工验收阶段针对管道通过矿产资源开采区域的安全防护工作,配合管道建设及运行单位进行设计、监测、预警及技术咨询工作。

矿山企业(矿业权人)在可行性研究阶段与管道建设单位签订建设路由通过协议;初步设计、施工及竣工验收阶段与管道建设单位落实压覆矿产补偿,确定管道通过矿产资源开采区域的保护方案。

施工单位在施工及竣工验收阶段落实设计中关于管道通过矿产资源开采区域的安全防护方案;配合管道建设单位开展竣工验收工作。

4.3 运行阶段

管道运营单位在政府有关部门的协调和指导下做好与管道沿线矿山企业的沟通工作,开展管道通过矿产资源开发区域的保护工作。专业服务单位针对管道通过矿产资源开采区域的安全防护工作,配合管道建设及运行单位进行设计、监测、预警及技术咨询工作。矿山企业(矿业权人)配合管道运营企业做好矿产资源开采区域内的管道保护工作。

5 结语

科学管理、有效降低煤矿开采对输气管道安全影响的工作任重道远。按照各参与方的职责要求,在规划、可研、设计及运行阶段,严格执行法律法规及标 准规范要求,做好通过煤矿开采区域管道的防护以及全面风险防控工作,从根本上解决直至消除采空塌陷对管道的威胁,保障管道安全运营。

 

参考文献:

[1] 罗天宝.油气管道工程项目核准工作现状及推进措施[J].国际石油经济, 2015, 23(8): 98-102.

[2] 段先猛,李婷.天然气长输管道项目前期工作标准化管理探讨[J].石油工业技术监督, 2016(11): 67-70.

[3] 肖文俊,刘建龙,杨玉琼,等. 建设项目规划中压覆矿产资源问题研究[J].价值工程, 2014(1): 78-79.

[4] 李军.某油气管道广西段用地压矿调查评估研究[J].科学家, 2015, 3(12): 42-43.

[5] 雷岩,王卓,王希. 刍议建设项目压覆矿产资源处置[J].中国国土资源经济, 2016(29): 37.

[6] 何祖祥,李春锋,王洪波,等. 采用澳标进行油气管道线路设计的探讨[J].石油工业技术监督,2019, 35(7): 32-34.

[7] 北京中地华安地质勘查有限公司.山西煤层气(天然气)集输有限公司长子末站附属管线采空区治理一期工程附属设施管线应力监测总结报告[R].2018.

 

 

    作者简介:张建亮,1984年生,2009年7月毕业于辽宁石油化工大学油气储运工程专业,大学本科学历,工程师,主要从事天然气管道集输、城镇燃气输配等工作。联系方式:18234005181。

通讯作者:李艳军,1984年生,2010年毕业于中国科学院青藏高原研究所自然地理学专业,研究生学历,工程师,从事长输管道地质灾害防治与科研工作。联系方式: 13811534383, 1747649963@qq.com。

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