埋地管线开采损伤机理及防治技术研究
随着我国管线运输的快速发展和煤矿开采区面积的不断扩大，矿区管线压煤及煤炭开采的矛盾日趋严重。本研究以唐口煤业630采区内次高压燃气管线保护为工程背景，探究埋地管线采动损害响应机理以及治理措施，旨在解决唐口630采区开采影响燃气管线的矛盾，保护上覆燃气管线的运营安全，解决管线下压煤开采问题。通过概率积分法预计以及数值模拟方法对管周土体变形以及管道的应力应变进行了研究，并提出了适用于研究区特征的管道形变治理方法。本文具体研究内容如下： （1）针对研究区内工作面开采方向与管道走向夹角多变的现象，利用概率积分法和构建的数值模型进行了模拟计算，得到了工作面开采方向与管道力学响应之间的关系。试验结果表明，随着工作面开采方向与管道走向夹角的增大，管道应力应变先减小后增大。开采方向与管线夹角为15、30度时管线应力应变分别最小，开采方向与管线夹角为90度时，管线应力应变最大。在工作面开采方向与管线平行和垂直时为最不利开采方向，开采方向与管线夹角为15、30度是井下工作面的较优开采方向。 （2）针对研究区内管道埋设条件复杂的现象，通过数值模拟方法对埋设方式、填覆土性质和管道埋深三个因素进行探究，结果表明，在埋设方式方面，阶地埋设下管道应力值、拉伸和压缩应变值最小，沟底埋设为最不利的埋设方式；埋在软土内的管道应力应变值更小；埋深越浅管道应力应变值越小。矿区管道应尽量选择软土土质下浅埋，同时避免在沟底埋设管道。 （3）根据基于应变管道失效判别准则，将管道轴向应变达到容许应变时的地表变形值作为管道的失效判据，得出研究区管道损坏的地表变形临界值。并根据地表变形临界值对研究区内实际开采和接续开采计划对管道安全进行了评价，为后续的管道防治提供理论依据。 （4）结合研究区内工程地质条件、管道情况进行综合分析，提出了适用于研究区的地面与井下协调治理措施。井下对工作面重新规划，让工作面开采方向尽可能与管道呈现15至30度斜交的状态，同时让工作面协调开采，来减低管道受到的横向位移和变形；同时地面上对危险区域进行持续监测，并采取管沟开挖改善管道埋设条件等措施来提高管道的抗变形能力和安全性。
埋地管线开采;损伤机理;数值模拟;防治技术
中国矿业大学;中国矿业大学(江苏)
硕士
大地测量学与测量工程
李亮
2023
中文
TU996.7;TD82
2023-11-30（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）