高树生

陕西延长石油（集团）油气勘探公司

陕西延长石油（集团）油气勘探公司主要承担天然气的勘探及开采工作，部分集气管道途经正在生产的煤矿采空区，地面发生大量塌陷，对管道安全运行影响较大，累计影响长度达11.95 km。

1 采空区管道变形特征及危害

为了避免后期诱发地震及大面积塌陷，现代采煤技术在工作面回采过程中往往采用放顶措施，即工作面采完后让煤层的顶部自然沉降。在沉降过程中，顶板受到覆盖层的重力作用，从下到上依次将崩塌、变形传递到地表，导致地表形成大面积的裂缝（图 1-a）、局部塌陷（图 1-b）、下沉（图 1-c）等地质灾害。铺设在上方的管道由于外力作用使原有的平衡被打破，往往出现拉伸、挤压、剪切、扭转、弯曲变形，甚至出现管道断裂情况。

图 1 煤矿采空区地质灾害形式

公司仅2019年就出现三次管道断裂事故，断裂形态分别为弯头位置拉伸断裂、母材拉伸变形、母材拉伸断裂。经过专业机构金相分析，管道母材材质均合格，确定事故为外力作用引起。由于断裂发生时SCADA系统显示异常及时紧急关断，且断裂位置处于荒郊野外，周围无居民，未造成次生事故，但造成一定经济损失。

2 治理方法

（ 1）设计施工阶段。煤矿为先建项目，且区域内煤、气资源完全重叠，主动避让、预留保安煤柱、选择稳定采空区路由均不可行。我们在管道设计施工阶段采用弹性敷设措施，即加宽管沟、大面积长距离松散土质回填、管道轴向预留拉伸裕度、提高壁厚和防腐等级等措施。如在正常开挖管沟基础上加宽0.5倍，给管道横向移动留出一定空间。管沟开挖深度一般在冻土层以下，常规做法是将管道填埋夯实，而采空区管道则采用松散土进行回填，减少管道覆盖土层的压力，为管道纵向位移留出空间。常规管道按照GB/T 9711― 2017《石油天然气工业管线输送系统用钢管》选择螺旋缝埋弧焊管，而在采空区选择拉伸裕度较大的直缝双面埋弧焊钢管。常规集气干线的腐蚀余量为1.0 mm，采空区选择1.2 mm。管道壁厚采用GB 50349―2015《气田集输设计规范》推荐的壁厚计算公式：δ=PD/（2σs FΦ）+C ，其中C 为腐蚀余量附加值，即适当增加特殊地段管壁厚度。这些主动措施的实施，使得管道本质安全有了较大保障。

（ 2）日常运行管理。一是成立现场巡查专班驻点工作，每隔4小时巡查一次，重点检查地面裂缝、下沉量变化，并详细记录相关数据。二是对下沉管段沿线进行人工开挖，有效释放应力（图 2）。三是对部分下沉严重的管段进行主动抬升处理，使其基本恢复到原始状态。四是针对下沉严重管段，在具备条件的区域实施局部改线，主动规避风险。

图 2 下沉段沿线开挖释放应力

（ 3）技防管理措施。充分发挥技防措施作用，如运用雷达遥感变形监测技术对裂缝进行实时监测；应用PCM检测仪对管线进行探伤和壁厚监测；采用分布式光纤声波传感（DAS）技术对异常情况进行预警，以及启用AI人工智能识别风险管理系统等，有效保护管道安全。

煤矿采空区管道安全运行是一项系统工程，随着煤矿开采量增大，采空区输气管道安全越来越引起重视，山西省已出台了地方标准DB14/T 2310―2021《煤矿采空区输气管道安全管理技术规范》，为我们今后开展此项工作提供了依据。

作者简介：高树生，本科，正高级工程师，注册安全工程师/安全评价师，国家危险化学品安全标准化评审人员，陕西省非煤矿山安全专家，陕西省应急管理与安全生产协会高级别专家组成员，现主要从事油气勘探开发工作。联系方式： 13809118318， 447571213@qq.com。