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

關鍵詞：煤礦采空區(qū)  輸氣管道  安全措施  應變監(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)生較大的應變，嚴重時管道可能發(fā)生斷裂。本文對采空區(qū)燃氣管道安全措施及應變監(jiān)測方法進行探討。

1　安全措施

1.1　安全措施

①措施1，增加截斷閥室的數(shù)量。通過適當增加截斷閥室的數(shù)量，縮短截斷閥間的管道長度，從而減輕發(fā)生事故時的危害。

②措施2，預留保安煤柱。預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氣管道產(chǎn)生破壞的安全措施。

③措施3，選用高強度鋼或增加管道的壁厚。在可預測采空區(qū)上方敷設的燃氣管道，選用高強度鋼或增加管道壁厚，能提高管道自身抵抗地質(zhì)災害的能力。

④措施4，燃氣管道淺埋。在采空區(qū)敷設的燃氣管道采取淺埋方式敷設，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)下的搶險和維護。

1.2　各種安全措施的設計及造價

①措施1。截斷閥室內(nèi)的截斷閥應選用氣液聯(lián)動閥。正常情況下，氣液聯(lián)動閥的壓降速率監(jiān)測裝置實時監(jiān)測管道壓力變化。當管道發(fā)生破裂，監(jiān)測點壓力變化速率達到設定值并超過設定的延時時間時，閥門自動關閉，將事故限定在一定范圍內(nèi)。當某管段需要檢修泄壓和事故泄壓時，氣液聯(lián)動閥具有放空功能。以規(guī)格為DN 450mm的燃氣管道為例，一座截斷閥室的造價約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、燃氣管道保護范圍等因素確定。各個礦區(qū)煤層情況不同，保安煤柱的造價也不同。

③措施3。設計中，通過采空區(qū)的輸氣管道強度一般應提高一個等級或壁厚增大兩個等級。具體造價可通過造價定額計算。

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

2　應變監(jiān)測系統(tǒng)

①采空區(qū)燃氣管道應變監(jiān)測系統(tǒng)組成

從應變的角度判斷管道應力所處狀態(tài)：是否安全，災害是否需要治理，治理措施是否妥當，治理工程是否合格。采空區(qū)燃氣管道應變監(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．應變傳感器

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

b．數(shù)據(jù)采集儀

BGK-ICR0-40型數(shù)據(jù)采集儀見圖4，主要技術指標見表l。BGK-MICR0-40型數(shù)據(jù)采集儀主要功能為：遠程控制和數(shù)據(jù)采集功能?，F(xiàn)場操作功能：預留有與便攜式計算機的接口，可實現(xiàn)現(xiàn)場標定、調(diào)試以及數(shù)據(jù)采集等功能。實時時鐘管理：為定時測量、自動儲存等功能提供時間基準。斷電保護：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。抗雷擊：在電源系統(tǒng)、通信線路接口、模擬輸入引線等處設置了有效的抗雷擊電路?？闺姶鸥蓴_：模塊采用金屬盒封裝，在電路設計上對通信接口采用光電隔離技術，具備很強的抗電磁干擾能力。智能化測量功能：可根據(jù)要求實現(xiàn)定點測量、定時測量、即時測量等多種測量方式。多種供電方式：可實現(xiàn)電池及220V交流電源供電，內(nèi)置可充電免維護電池，保證在外部供電中斷情況下繼續(xù)正常運行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)按固定時段以短信形式發(fā)送到GSM網(wǎng)絡通信平臺，GSM網(wǎng)絡通信平臺將短信轉(zhuǎn)發(fā)至監(jiān)測中心數(shù)據(jù)庫。監(jiān)測中心數(shù)據(jù)處理計算機從數(shù)據(jù)庫中調(diào)取數(shù)據(jù)進行分析處理，客戶端計算機通過Internet網(wǎng)絡實現(xiàn)在線瀏覽數(shù)據(jù)。

④監(jiān)測中心軟件

a．數(shù)據(jù)采集解析軟件

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

b．數(shù)據(jù)儲存軟件

數(shù)據(jù)儲存軟件可實現(xiàn)管道應變數(shù)據(jù)的儲存，為數(shù)據(jù)分析軟件提供基礎數(shù)據(jù)，具體功能是在數(shù)據(jù)采集解析基礎上進行數(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)初步劃分為基礎地理信息、災害專題信息、監(jiān)測數(shù)據(jù)、管道數(shù)據(jù)等。

c．數(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，能夠判定管道受地質(zhì)災害及其他人工擾動的安全態(tài)勢。

3　結(jié)語

采空區(qū)燃氣管道的安全保障是一項系統(tǒng)工程，應采取完善的安全措施，并建立應變監(jiān)測系統(tǒng)。應變監(jiān)測系統(tǒng)不僅用于監(jiān)控地質(zhì)災害條件下管道的安全狀態(tài)，為管道完整性管理的風險評價提供科學、有效的支持，還可用于指導和評價災害治理的設計和實施，成為輸氣管道進行大修的輔助決策系統(tǒng)。

本文作者：朱富斌

作者單位：中煤科工集團重慶設計研究院