王志勇 潘鑫 智秉瑞

山西国化能源有限责任公司

摘要：山西省境内煤炭资源较为丰富，地下煤矿开采导致地面沉降可能会引起埋地煤层气输气管道发生位移、形变等异常情况，严重影响管道的运行，也为企业的安全生产带来隐患。本文以实际工程为切入口，在资料收集基础上，详细探讨了采煤沉降区内埋地煤层气输气管道的开挖治理、监测监控、现场巡检、稳定回填、重点管理等相关保护措施，为企业做好管道安全保护工作提供相关实例支持与参考。

关键词：采煤沉降区；煤层气输气管道；开挖治理；应力监测；位移监测

山西省境内煤炭资源较为丰富，油气输送管道在规划建设过程中，不可避免地经过煤田等区域。地下煤矿开采或采掘形成采煤沉降区，会引起上覆岩层下沉，导致地表发生沉降、塌陷，使上方已建成的油气管道承受额外的载荷[1]，轻则可能会随地表发生位移、沉降甚至变形，在管道本体尤其是受力点会产生应力集中的现象，如果应力超过管材承受强度，将会导致管道发生变形、断裂等失效后果，引发管道泄漏、爆裂等事故[2]。

《石油天然气管道保护法》第四十六条规定，管道建设工程通过矿产资源开采区域的，管道企业应当与矿产资源开采企业协商确定管道的安全防护方案。因此，对途经采煤沉降区内的油气管道进行有效的保护和管理，是管道及其附属设施正常、安全稳定运行的重要保障。本文以山西某埋地煤层气输送管道为例，探讨沉降区管道安全保护的措施，为矿产资源开采区域的管道管理提供参考。

1  资料收集

矿界范围及开采历史、现状等资料收集。通过收集矿界及采掘资料，详细了解矿界分布区域及开采历史、现状，在设计施工阶段尽量将管道敷设在非矿界区域或者完成开采且已稳定的区域。采掘资料应包含采掘深度、厚度等信息，如该煤层气输送管道途经的采空区采掘深度200 m左右，平均采厚3 m，巷道长度300 m，采掘巷道范围内管道长度220 m（图 1）。

图 1 采空区信息

煤矿企业开采计划收集。对管道路由途经的煤矿采空区进行统计，与煤矿企业签订安全协议，建立沟通联络机制，实时掌握煤矿企业的采掘计划，以便提前对管道采取必要的安全防护措施。如该煤层气输送管道所属企业与煤矿企业于2023年2月完成对接，5月实施开采工作，8月对管道造成影响。

管道基本参数收集。该埋地煤层气输送管道的管径为508 mm，壁厚为8 mm，材质为L415M直缝埋弧焊钢管，采用3PE与外加电流联合防腐，设计压力6.3 MPa，GA1级。

2  保护措施

管道企业在开展日常巡检维护中发现，煤矿企业开始回采后，回采作业面上方的地面出现不同程度的沉降、错台，管道周围电杆出现倾斜。管道企业组织专家结合现场实际情况进行风险评估后，决定采取以下措施进行整治。

开挖治理。目前，采煤沉降区内埋地煤层气输气管道最有效的治理方式就是开挖治理，使管道处于受力相对自由状态。在地面沉降影响到管道之前，对该影响区域内的管道进行开挖释放应力后，在管道上方压覆装满细土的编织袋，稳固管道的同时防止防腐层遭受暴晒。对部分沉降区如下陷严重的地方进行回填平整，对悬空管道使用装满土的编织袋填塞。用细土填满编织袋缝隙及管道两侧，保证阴极保护的有效性（图 2）。

图 2 完成开挖治理的管道

监测监控。针对已开挖管道采取位移监测、应力监测以及视频监测等技术措施，设定报警阈值，通过无线通讯实时传回监控中心。位移监测可实时监控管道周围地面位移情况，掌握采空区沉降的范围及时间，在不同阶段采取不同的巡护方式，如该区域沉降情况通过位移监测显示，在2025年8月后趋于稳定（图 3）。实时监控管道监测点的应力变化，掌握管道的受力情况，及时采取措施防止应力超过管道的安全阈值，如管道企业在现场关键部位设置了4处应力应变监测点，对管道本体的应力和应变进行24小时不间断监测，经过长达两年的应力应变监测，监测点部位管道本体应力应变无明显变化，较为稳定（图 4）。

图 3 位移监测数据曲线

图 4 某监测点一年内应力应变监测数据

管道企业还设置了视频监控，24小时监控现场地面以及周围环境，确保第一时间发现异常情况，及时启动应急响应，针对管道周围存在电力线路等杂散电流干扰，采取智能阴极保护测试桩对断电电位进行不间断监测（图 5）。

图 5 现场监控（左）及智能阴极保护测试桩（右）

现场巡检。管道企业对采空沉降期内的管道巡检人员、频次、时间、内容等进行了详细规定，并通过管道巡检管理系统监督巡检质量，确保第一时间发现问题并及时处理。目前该区域的管道巡检次数为每日徒步巡检2次，分别由属地巡线工和所属输气站巡线岗员工在上午下午时间段各执行1次。

稳定回填。采空区地表沉降稳定后对管道进行详细的检查和检测，包括管道外观检查、环焊缝检测、防腐层电火花检测等，确定无任何缺陷后进行回填处理。针对下沉严重管段，在具备条件的区域实施局部降管或者迁改。

重点管理。对回填后采空区管道立案建档，作为后期线路巡护、管道检测、应急处理等重点监控部位，一旦发现问题及时处理。

3  结语及建议

通过提前对接，详细掌握相关资料、数据，及时采取管道保护措施，可避免因采空区沉降引发输气管道突发事故，有效保障管道安全运行。随着煤层气输气管道使用年限增加，煤矿企业采掘范围扩大，管道企业需高度重视采煤沉降区管道的安全管理。在后期管道运行管理中，需持续引入InSAR、无人机、北斗系统等新技术，让高精度、自动化、实时化监测预警技术成为采空区管道管理的重要手段。同时，还要认识到采煤沉降区内油气管道的安全运行作为一项系统工程，需要政府的支持、煤矿企业的配合、管道企业精细管理等多方共同努力。为此，建议如下。

一是严格落实法规要求。管道企业和矿产资源开采企业要严格执行管道保护法相关规定，落实管道安全防护措施。管道企业应严格落实主体责任，制定采空区及沉降影响区管道的专项巡护计划，利用人工巡查与技术监测手段，及时发现并治理隐患。矿产资源开采企业应严格履行保护义务，履行与管道企业约定的防护设施或采取其他防护措施，避免因发生地面塌陷、裂缝、沉降等地质灾害危及管道安全。

二是深化政企协同合作。管道企业应主动与管道保护主管部门、应急、自然资源等政府部门，以及沿线煤矿企业建立常态化合作机制。通过签订安全共管协议、成立联合工作小组、定期召开协调会议等形式，固化沟通渠道，建立健全沟通联络机制，实现信息、资源等共享。探索搭建统一的信息交互平台，实现采掘活动与管道运行状态的动态对接与风险预警联动。

三是加强应急管理和事故响应。制定并完善专项应急预案，明确管道企业、矿产资源开采企业和政府主管部门等职责，加大应急管理方面的投入，建立地质灾害易发区的监测监控预警机制，配备相适应的抢修设备与物资，定期开展针对沉降突发事件的联合应急演练，提升快速响应、协同处置和恢复保障的能力，最大限度减轻事故影响。

参考文献：

[1]陈子峰，王德强，程新亮，等.煤矿开采过程中采空区沉降对输气管道的影响[J].管道技术与设备，2024(05)：14-21.

[2]杜彩霞，郭文朋，申倬伟，等.煤矿采空区输气管道沉降防治技术研究[J].能源技术与管理，2022，47(003)：8-9+98.

作者简介：王志勇，1984年生，硕士研究生，高级工程师，现任山西国化能源有限责任公司管道保护部经理，负责管道安全管理工作。联系方式：13453454160，542133770@qq.com。