煤矿塌陷区架空敷设供热管道安全可靠研究.docxVIP

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煤矿塌陷区架空敷设供热管道安全可靠研究

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?摘要：以通过煤矿塌陷区的架空敷设供热管道为研究对象，对通过塌陷区边界采用常规非预应力安装的管道进行了危险性分析，采取了适当缩短支架间距及预应力安装的解决方法。

关键词：煤矿；塌陷区；供热管道；支架；断裂带；沉降；预应力安装

StudyonSafetyandReliabilityofOverheadHeatingPipelineinCoalMineSubsidenceArea

GA0Bai-zheng，ZHANGGuo-qiang，WUWei-xun

Abstract：Takingtheoverheadheatingpipelinepassingacrossthecoalminesubsidenceareaasresearchobject，theriskofconventionallyinstalled(withoutprestress)pipelinepassingacrosstheboundaryofsubsidenceareaisanalyzed.Thesolvingmethodsincludeappropriatelyshorteningthespacebetweenthesupportsandusingprestressinstallation.

Keywords：coalmine；subsidencearea；heatingpipeline；support；fracturezone；sedimentation；prestressinstallation

1工程概况

???河南省平顶山煤业集团的三矿、四矿、五矿、六矿、七矿、九矿、十一矿等矿井，距坑口热电厂最远的也只有9km，特别是九矿与坑口热电厂一墙之隔。在这片矿井密集的区域内，地下大面积被采空。煤炭行业把地下采过煤的区域称为采空区，由于地下被采空，采空区上方的地面逐步沉降，采空区上方的区域称为塌陷区。根据采煤厚度、采空区距地面的深度、采空区上方的地质构造等情况，很难准确预测塌陷区的塌陷时间或塌陷速率。若为这些矿井供热，部分供热管道必须通过处于沉降过程中的塌陷区。由于在塌陷区敷设供热管道存在困难，除九矿以外，其他宜由坑口热电厂集中供热的6座矿井均采用小型锅炉房分散供热。为了节能减排，实现塌陷区矿井集中供热尤为重要。

???供热管道由非塌陷区进入塌陷区(或由塌陷区进入非塌陷区)的过程中，塌陷断裂带地面可能会逐步或突然形成落差。因此，在煤矿塌陷区供热管道敷设技术研究的课题中，地面沉降深度对供热管道的影响是重点问题之一。根据研究结果，在地面沉降深度不超过一定范围时，塌陷断裂带局部采用安装预应力的设计施工方法，可以保证架空敷设供热管道安全运行。

2通过塌陷断裂带的危险性分析

2.1供热管道的安装位置

???供热管道在塌陷区的安装示意图见图1。在图1中，设支架-1、-2、-3～-n位于塌陷区，支架1、2、3～n位于非塌陷区。由于当地煤层厚度变化不大，采空区的采空高度差别较小，塌陷区内的沉降深度变化不大。因此，在塌陷过程中，支架-2、-3、-4～-n的柱顶标高变化差别较小，根据塌陷区的塌陷情况，采取少量调整柱顶高度的方法，可以采用常规的架空敷设技术，不会由于塌陷造成管道变形破坏。处于非塌陷区支架2、3、4～n的柱顶标高与塌陷无关，采用常规的架空敷设技术即可?。

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2.2危险性分析

???由于支架-1位于塌陷区，支架1位于非塌陷区，相邻两个支架随地面沉降将形成落差。设支架-1某一阶段的沉降深度为h(单位为m)，支架间距为L(单位为m)，塌陷前后管道均属于受匀布荷载的等距多跨连续梁，设支架-1、-2、-3～-n的沉降深度均为h。实际数据表明，沉降深度相对支架间距较小，对于支架-1、-2、-3～-n沉降深度较小的管道，假设塌陷后支架-2和2处管道截面转角仍为0，这种假设求得的力学近似解误差较小，可以满足工程力学分析需要。根据以上假设和材料力学中的叠加原理，绘制出地面沉降使管道变形的附加力和附加弯矩作用下的受力图，见图2。设图2中附加弯矩所画的方向为正，反之为负；转角方向顺时针为正，逆时针为负；附加力及位移向下为正，向上为负。

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图中F1——地面沉降造成支架1处的附加力，N

???F-1——地面沉降造成支架-1处的附加力，N

???F-2——地面沉降造成支架-2处的附加力，N

???M-2——地面沉降造成支架-2处的附加弯矩，N·m

???由材料力学中计算弹性梁定点定向位移及转角的莫尔定理