矿山开采对天然气管道工程的影响

矿山开采对天然气管道工程的影响 本文关键词：开采，矿山，天然气，管道工程，影响

矿山开采对天然气管道工程的影响 本文简介：摘要:拟建天然气管道工程设计在某地下矿山沿矿界北侧外围敷设，管道线路与矿权界限的最近水平距离约63m，距矿体开采边界最近水平距离约124m。为了分析某地下矿山采空区对拟建天然气管道施工的影响，采用基于DIMINE与MIDAS/GTSNX有限元软件进行三维有限元数值模拟计算，揭示某地下矿山采空区对拟建

矿山开采对天然气管道工程的影响 本文内容：

摘要:拟建天然气管道工程设计在某地下矿山沿矿界北侧外围敷设，管道线路与矿权界限的最近水平距离约63m，距矿体开采边界最近水平距离约124m。为了分析某地下矿山采空区对拟建天然气管道施工的影响，采用基于DIMINE与MIDAS/GTSNX有限元软件进行三维有限元数值模拟计算，揭示某地下矿山采空区对拟建天然气管道建设的主要影响因素。

关键词:地下矿山;天然气管道;数值模拟计算

某拟建天然气管道工程设计在某地下矿山沿矿界北侧外围敷设，管道线路与矿权界限的最近水平距离约63m，距矿体开采边界最近水平距离约124m，此段管道长约781m。另外，管道穿过矿区西侧的岩溶区，长度约144m。本文采用MIDAS/GTSNX有限元软件结合，分析该拟建天然气管道工程与该地段之间相互影响，揭示地下矿山采空区对拟建天然气管道建设的主要影响因素［1～4］。

1工程概括

1.1拟建天然气管道项目建设概括

拟建天然气管道全线采用沟埋敷设方式，线路总长约62.8km，共设监视阀室2座。沿途有铁路穿越2处，穿越资江2处、等级公路穿越9处。线路埋地管道外防腐层采用常温型加强级3PE防腐层。线路埋地管道采用强制电流法进行保护，在冷水江分输站设置阴极保护站1座。线路管径D323.9mm，长约62.8km，设计压力4.0MPa。线路钢管一般段直管、冷弯弯管设计均选用D323.9×6.3L290MPSL2直缝高频电阻焊钢管，热煨弯管、大中型穿越设计选用D323.9×7.1L290MPSL2直缝高频电阻焊钢管。沿途地貌主要为平原、丘陵和山区。其中平原7.2km、丘陵34.1km、山区21.5km。线路用管为:地区等级为二级地区48.8km和三级地区14km。二级地区、三级地区一般段和冷弯弯管均采用D323.9×6.3L290MPSL2直缝高频电阻焊钢管(58.9km)，资江穿越段采用D323.9×7.1L290MPSL2直缝高频电阻焊钢管(1590m)，热煨D323.9×7.1L290MPSL2直缝高频电阻焊钢管。拟建天然气管道线路南侧为某地下矿山，另外管道在某地下矿山西侧穿过岩溶区，穿过岩溶区长度约144m。

1.2某地下矿山采空区情况

某地下矿山主要开采+160m～+80m水平矿体，形成的采空区体积约3万m3。由于矿体与围岩稳固性好，原采空区的顶、底、帮仍较为稳固，但老采区+140m中段、+110m中段沿脉出现部分沉降和开裂现象。矿山采矿许可开采范围为+260m～+10m水平，从2011年3月至目前为止，已回采+80m、+50m和+20m中段矿石约18万t，形成的采空区体积约5.3万m3。综上所述，矿山目前+160m～+20m水平采空区体积合计约16.3万m3。采空区分布范围如图1所示。

2模型的建立

2.1MidasGTS/NX矿山模型

根据矿山矿体的实际赋存条件，以3、5、7线剖面图为基础建立数值模型再进行网格划分。图2、图3、图4分别为3、5、7线数值模型网格划分图(模型上边界地面为自由边界，模型左、右边界均施加水平约束，底边界均施加水平及垂直约束)。

2.2理论基础

计算过程中矿岩均采用摩尔－库伦(Mohr－Coulomb)屈服准则，该屈服准则的控制方程为:

2.3矿岩物理力学参数

岩石和土壤等材料都属于颗粒状材料，这类材料受压屈服强度远大于受拉屈服强度，且材料受剪时，颗粒会膨胀，常用的VonMise屈服准则不适合此类材料。在土力学中，常用的屈服准则有Mohr－Coulomb，另外一个更准确描述此类材料的强度准则是Druck－Prager屈服准则，使用Druck－Prager屈服准则的材料简称为DP材料。在岩石、土壤的有限元分析中，采用DP材料可以获得较精确的结果。故本次模拟选用的材料屈服准则为Druck－Prager强度准则。结合矿山实际情况，确定模拟过程中的计算力学参数见表1。

3计算结果及其分析

3.1位移计算结果分析

+20m中段及上部矿体采空后的位移计算结果如图5、图6所示。岩移最大点位于3线+140m中段采空区上部，地表最大沉降值为1211mm。沿+140m中段往下至+20m中段，各中段采空区上部地表最大沉降值逐渐减小至10mm以内。地表拟建的天然气管道四周附近沉降值在±7mm以内。具体数值见表2。地表拟建的天然气管道四周附近沉降值在±7mm以内，几乎可以忽略不计。因此，+20m中段及上部矿体采空后不会影响到矿区北侧拟建的天然气管道。

3.2应力计算结果分析

各中段采空区正上方是覆岩的应力释放区，+20m中段及上部矿体采空后的应力计算结果如图7～图10所示。围岩应力变化为:最大主拉应力在0.15MPa以内，最大主压应力在0.8MPa以内，应力变化的最大值出现在3线+140m中段采空区上部;地表拟建的天然气管道四周附近最大主拉应力在0.001MPa以内，最大主压应力在0.01MPa以内。具体数值见表3。地表拟建的天然气管道四周附近的最大主拉、压应力均远小于表土层的抗拉、抗压强度。因此，+20m中段及上部矿体采空后不会影响到矿区北侧拟建的天然气管道。

4结论

根据数值模拟的位移、应力计算结果，地表拟建的天然气管道四周附近沉降值在±7mm以内，几乎可以忽略不计。最大主拉应力在0.001MPa以内，最大主压应力在0.01MPa以内，均远小于表土层的抗拉、抗压强度。因此，+20m中段及上部矿体采空后不会影响到矿区北侧拟建的天然气管道。综上所述，目前矿山采空区对该区段管道工程没有影响。

参考文献:

［1］周群.基于灰色多层次的露天转地下开采边坡稳定性评价模型［J］.矿冶，2018，37(3):35－40.

［2］赵海军，马凤山，郭捷，等.龙首矿露天转地下开采对边坡岩体稳定性的影响［J］.煤炭学报，2011，36(10):1635－1641.

［3］王云飞，钟福平.露天转地下开采边坡失稳数值模拟与实验研究［J］.煤炭技术，2013，(S1):64－69.

［4］孙世国，张玉娟，苗子臻，等.露天转地下开采对边坡稳定性的影响［J］.金属矿山，2016，(7):171－174.

作者：李武 单位：云南延发矿业科技有限公司

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