摘　要：分析煤礦采空區(qū)輸氣管道的安全措施，對應(yīng)變監(jiān)測系統(tǒng)的組成、現(xiàn)場裝置、通信系統(tǒng)、監(jiān)測中心軟件進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：煤礦采空區(qū)  輸氣管道  安全措施  應(yīng)變監(jiān)測

Safety Measures and Emergency Monitoring System for Gas Pipeline in Coal Mine Goaf

Abstract：The safety measures for gas pipeline in coal mine goaf are analyzed．The composition，field devices，communication system，monitoring center software of the emergency monitoring system are discussed．

Key words：coal mine goaf；gas pipeline；safety measures；emergency monitoring

煤礦采空區(qū)(以下簡稱采空區(qū))出現(xiàn)的地面裂縫、沉降塌陷，將使輸氣管道產(chǎn)生較大的應(yīng)變，嚴(yán)重時(shí)管道可能發(fā)生斷裂。本文對采空區(qū)燃?xì)夤艿腊踩胧┘皯?yīng)變監(jiān)測方法進(jìn)行探討。

1　安全措施

1.1　安全措施

①措施1，增加截?cái)嚅y室的數(shù)量。通過適當(dāng)增加截?cái)嚅y室的數(shù)量，縮短截?cái)嚅y間的管道長度，從而減輕發(fā)生事故時(shí)的危害。

②措施2，預(yù)留保安煤柱。預(yù)留保安煤柱可以消除采空區(qū)對管道造成的威脅，是唯一可以基本避免采煤對燃?xì)夤艿喇a(chǎn)生破壞的安全措施。

③措施3，選用高強(qiáng)度鋼或增加管道的壁厚。在可預(yù)測采空區(qū)上方敷設(shè)的燃?xì)夤艿溃x用高強(qiáng)度鋼或增加管道壁厚，能提高管道自身抵抗地質(zhì)災(zāi)害的能力。

④措施4，燃?xì)夤艿罍\埋。在采空區(qū)敷設(shè)的燃?xì)夤艿啦扇\埋方式敷設(shè)，可以減輕管道上方的土壤荷載，減輕采空區(qū)出現(xiàn)裂縫、塌陷時(shí)管道上方土壤荷載對管道的破壞，并有利于緊急狀態(tài)下的搶險(xiǎn)和維護(hù)。

1.2　各種安全措施的設(shè)計(jì)及造價(jià)

①措施1。截?cái)嚅y室內(nèi)的截?cái)嚅y應(yīng)選用氣液聯(lián)動(dòng)閥。正常情況下，氣液聯(lián)動(dòng)閥的壓降速率監(jiān)測裝置實(shí)時(shí)監(jiān)測管道壓力變化。當(dāng)管道發(fā)生破裂，監(jiān)測點(diǎn)壓力變化速率達(dá)到設(shè)定值并超過設(shè)定的延時(shí)時(shí)間時(shí)，閥門自動(dòng)關(guān)閉，將事故限定在一定范圍內(nèi)。當(dāng)某管段需要檢修泄壓和事故泄壓時(shí)，氣液聯(lián)動(dòng)閥具有放空功能。以規(guī)格為DN 450mm的燃?xì)夤艿罏槔?，一座截?cái)嚅y室的造價(jià)約l20×10⁴元。

②措施2。保安煤柱的具體尺寸根據(jù)煤層厚度、采深、所采煤層上覆巖層結(jié)構(gòu)、是否為多煤層開采、燃?xì)夤艿辣Ｗo(hù)范圍等因素確定。各個(gè)礦區(qū)煤層情況不同，保安煤柱的造價(jià)也不同。

③措施3。設(shè)計(jì)中，通過采空區(qū)的輸氣管道強(qiáng)度一般應(yīng)提高一個(gè)等級或壁厚增大兩個(gè)等級。具體造價(jià)可通過造價(jià)定額計(jì)算。

④措施4。對于敷設(shè)在采空區(qū)的輸氣管道，一般敷設(shè)在凍土層以下，并滿足規(guī)范埋深要求即可。在出現(xiàn)事故時(shí)，方便去掉管道上方的土，釋放應(yīng)力。淺埋可減少土石方量，降低工程造價(jià)。

2　應(yīng)變監(jiān)測系統(tǒng)

①采空區(qū)燃?xì)夤艿缿?yīng)變監(jiān)測系統(tǒng)組成

從應(yīng)變的角度判斷管道應(yīng)力所處狀態(tài)：是否安全，災(zāi)害是否需要治理，治理措施是否妥當(dāng)，治理工程是否合格。采空區(qū)燃?xì)夤艿缿?yīng)變監(jiān)測系統(tǒng)組成見圖1，包括現(xiàn)場裝置、通信系統(tǒng)、監(jiān)測中心。

②現(xiàn)場裝置

a．應(yīng)變傳感器

目前國內(nèi)外比較先進(jìn)的管道應(yīng)變傳感器主要包括振弦式應(yīng)變計(jì)、FBG光纖光柵應(yīng)變計(jì)、GFRP分布式應(yīng)變傳感光纜。VK-4150型振弦式應(yīng)變計(jì)見圖2。監(jiān)測截面的振弦式應(yīng)變計(jì)安裝方式見圖3。監(jiān)測截面指輸氣管道上安裝了振弦式應(yīng)變計(jì)的一個(gè)受測截面，每個(gè)監(jiān)測截面安裝3支振弦式應(yīng)變計(jì)，呈品字形安裝的3支振弦式應(yīng)變計(jì)足以計(jì)算出管道在該截面圓周上任意一點(diǎn)的應(yīng)變量。沿管道軸向間隔20m左右設(shè)1個(gè)監(jiān)測截面，一個(gè)監(jiān)測截面的造價(jià)約1.5×10⁴元。

b．?dāng)?shù)據(jù)采集儀

BGK-ICR0-40型數(shù)據(jù)采集儀見圖4，主要技術(shù)指標(biāo)見表l。BGK-MICR0-40型數(shù)據(jù)采集儀主要功能為：遠(yuǎn)程控制和數(shù)據(jù)采集功能?，F(xiàn)場操作功能：預(yù)留有與便攜式計(jì)算機(jī)的接口，可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場標(biāo)定、調(diào)試以及數(shù)據(jù)采集等功能。實(shí)時(shí)時(shí)鐘管理：為定時(shí)測量、自動(dòng)儲存等功能提供時(shí)間基準(zhǔn)。斷電保護(hù)：所有參數(shù)和監(jiān)測數(shù)據(jù)儲存在專用非易失性儲存器中，可確保斷電后參數(shù)和數(shù)據(jù)的安全?？估讚簦涸陔娫聪到y(tǒng)、通信線路接口、模擬輸入引線等處設(shè)置了有效的抗雷擊電路。抗電磁干擾：模塊采用金屬盒封裝，在電路設(shè)計(jì)上對通信接口采用光電隔離技術(shù)，具備很強(qiáng)的抗電磁干擾能力。智能化測量功能：可根據(jù)要求實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)測量、定時(shí)測量、即時(shí)測量等多種測量方式。多種供電方式：可實(shí)現(xiàn)電池及220V交流電源供電，內(nèi)置可充電免維護(hù)電池，保證在外部供電中斷情況下繼續(xù)正常運(yùn)行168h以上。

③通信系統(tǒng)

BGK-MICR0-40型數(shù)據(jù)采集儀通過無線傳輸模塊將采集數(shù)據(jù)按固定時(shí)段以短信形式發(fā)送到GSM網(wǎng)絡(luò)通信平臺，GSM網(wǎng)絡(luò)通信平臺將短信轉(zhuǎn)發(fā)至監(jiān)測中心數(shù)據(jù)庫。監(jiān)測中心數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)從數(shù)據(jù)庫中調(diào)取數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，客戶端計(jì)算機(jī)通過Internet網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)在線瀏覽數(shù)據(jù)。

④監(jiān)測中心軟件

a．?dāng)?shù)據(jù)采集解析軟件

數(shù)據(jù)采集解析軟件負(fù)責(zé)將BGK-MICR0-40型數(shù)據(jù)采集儀上傳的短信數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為管道應(yīng)變數(shù)據(jù)，解析結(jié)果以ACCESS或EXCEL文件形式儲存。

b．?dāng)?shù)據(jù)儲存軟件

數(shù)據(jù)儲存軟件可實(shí)現(xiàn)管道應(yīng)變數(shù)據(jù)的儲存，為數(shù)據(jù)分析軟件提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，具體功能是在數(shù)據(jù)采集解析基礎(chǔ)上進(jìn)行數(shù)據(jù)整理、轉(zhuǎn)換、編碼和組織入庫等操作。數(shù)據(jù)編碼制執(zhí)行GB／T 7027—2002《信息分類和編碼的基本原則與方法》。數(shù)據(jù)組織入庫是將數(shù)據(jù)初步劃分為基礎(chǔ)地理信息、災(zāi)害專題信息、監(jiān)測數(shù)據(jù)、管道數(shù)據(jù)等。

c．?dāng)?shù)據(jù)分析軟件

數(shù)據(jù)分析軟件可輸出描述管道變形程度和變形趨勢的綜合指標(biāo)，能夠判定管道受地質(zhì)災(zāi)害及其他人工擾動(dòng)的安全態(tài)勢。

3　結(jié)語

采空區(qū)燃?xì)夤艿赖陌踩Ｕ鲜且豁?xiàng)系統(tǒng)工程，應(yīng)采取完善的安全措施，并建立應(yīng)變監(jiān)測系統(tǒng)。應(yīng)變監(jiān)測系統(tǒng)不僅用于監(jiān)控地質(zhì)災(zāi)害條件下管道的安全狀態(tài)，為管道完整性管理的風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)提供科學(xué)、有效的支持，還可用于指導(dǎo)和評價(jià)災(zāi)害治理的設(shè)計(jì)和實(shí)施，成為輸氣管道進(jìn)行大修的輔助決策系統(tǒng)。

本文作者：朱富斌

作者單位：中煤科工集團(tuán)重慶設(shè)計(jì)研究院