采动影响下天然气管道变形演化模拟试验研究

发布时间：2021-06-25 12:53

　　研究煤与天然气共采区域内天然气管道变形、破坏及失效模式,可准确地预测和修正采动影响下管道变形位臵、确保油气工程的安全稳定。结合某煤矿21102工作面沉陷区参数,设计塌陷土体中管-沙相互作用试验装臵,模拟管道在采动影响下应变演化规律,运用ABAQUS软件对管道受力特征进行分析。结果表明:塌陷区边缘管道主要发生斜向拉伸变形、中部管道主要发生弯曲变形,二者是管道发生破坏的主要原因;塌陷区内管道的受力状态以塌陷中心为原点呈现对称性;塌陷区边界至塌陷区中心内的管道受力状态以管道下沉曲线的拐点为原点呈现反向对称性,拐点所在垂线为塌陷区中部和边缘的分界线;管道底部和顶部的应变分布大致呈现镜面对称性。 

【文章来源】：采矿与安全工程学报. 2020,37(04)北大核心EICSCD

【文章页数】：11 页

【部分图文】：

试验管道受力状态特征演变

通过以上分析和对管道顶底部应变分布的比较，管道底部以倒置方式展现出的应变分布和管道顶部以正放展示出的应变分布大致相同，认为管道底部和顶部的应变分布大致呈现镜面对称性[21-22]。4 天然气管道变形响应的数值模拟

目前矿井开采2-1煤层，21102工作面采用一次采全高长壁综合机械化开采，全部垮落法管理顶板。随着工作面的不断向前推进，覆岩的运移变形逐渐波及至地表，根据矿井覆岩塌陷的时空发展过程，将采动影响下的覆岩塌陷阶段划分为6个阶段，分别为第1，第2，第3，第4，第5，第6塌陷阶段，与之对应的塌陷区最大附加轴向压应力分别为48.2,80.3,126.4,144.1,152.7,160.2 MPa；最大附加轴向拉应力分别为30.4,68.7,123.4,128.5,131.7,134.6 MPa，模拟得到土体塌陷过程中管土组合模型的变形演化如图9所示。图9表明随着塌陷范围的不断扩大，管道和周围沙土产生的变形不断增大，主要集中在塌陷区中心及边缘，且塌陷区中心的变形量明显大于塌陷区边缘。在塌陷至第4阶段时达到充分采动，管道竖向位移达到最大值，塌陷区边缘的变形状态不再发生显著变化，继续塌陷时管道的变形以当前状态向塌陷中心两侧不断扩展[28-29]。

【参考文献】：
期刊论文
[1]壁式连采连充保水采煤条件下隔水层与地表变形特征[J]. 马立强,许玉军,张东升,来兴平,黄克军,都海龙.  采矿与安全工程学报. 2019(01)
[2]采空区悬空天然气管道应力与应变模拟[J]. 梁晓斌,梁伟,邓克飞,孙志勇.  油气储运. 2019(02)
[3]沟谷区域浅埋煤层开采三维地质建模及地表损害研究[J]. 赵杰,刘长友,李建伟,王文才.  采矿与安全工程学报. 2018(05)
[4]采动塌陷区天然气输送管道沉降防治技术研究[J]. 郭文朋,李艳军,于萍萍.  能源与节能. 2018(09)
[5]煤矿充填开采覆岩连续变形移动规律及曲率模型研究[J]. 左建平,周钰博,刘光文,邵光耀,史月.  岩土力学. 2019(03)
[6]重复采动下煤矿采动活跃区地面井变形特征研究[J]. 孙海涛,付军辉.  煤炭科学技术. 2018(06)
[7]基于关键层理论的地表偏态下沉影响因素分析[J]. 于秋鸽,张华兴,邓伟男,邹友平.  煤炭学报. 2018(05)
[8]特厚煤层综放开采地表沉陷预计模型算法改进[J]. 高超,徐乃忠,刘贵.  煤炭学报. 2018(04)
[9]天然气管道途经采空区变形监测和应对措施分析[J]. 杨颜璐.  煤炭与化工. 2018(02)
[10]充分采动覆岩“类双曲线”破坏移动机理及模拟分析[J]. 左建平,孙运江,王金涛,史月,文金浩.  采矿与安全工程学报. 2018(01)

博士论文
[1]采动沉陷影响下埋地管道与土相互作用及力学响应研究[D]. 徐平.中国矿业大学 2015

硕士论文
[1]煤矿长壁开采条件下埋地管道的变形破坏规律研究[D]. 王坤园.中国地质大学(北京) 2017



本文编号：3249239