大型石油庫(kù)下開采沉陷預(yù)測(cè)及防護(hù)方法研究

王曉靜

(河南城建學(xué)院測(cè)繪工程學(xué)院，河南平頂山467036)

1 工程概況

某大型石油庫(kù)位于礦區(qū)戊七采區(qū)上方，由東向西沿煤層走向排列12個(gè)儲(chǔ)油罐，油庫(kù)總?cè)莘e24 000 m3，地面標(biāo)高+184 m，戊－17052放頂煤工作面位于油罐北側(cè)30～150 m，該工作面風(fēng)巷標(biāo)高－35 m，埋深220 m，可采走向長(zhǎng)度970 m，傾斜長(zhǎng)度119 m，平均煤層厚度6.6 m，煤層傾角8°30'，可采儲(chǔ)量76.4萬(wàn)t。井上下對(duì)照如圖1所示。

根據(jù)開采沉陷預(yù)測(cè)，在采空區(qū)上方影響范圍內(nèi)，設(shè)計(jì)實(shí)施的筏型砂基墊層抗變形結(jié)構(gòu)油罐基礎(chǔ)、柔性輸油管線接頭及支架經(jīng)受住了多層、多工作面、多采煤法的開采影響和斷層帶切割及地鼓侵害，除個(gè)別罐體進(jìn)行了調(diào)平外，十個(gè)罐體均安然無恙、正常使用。

圖1 井上下對(duì)照?qǐng)D

2 石油庫(kù)下開采沉陷預(yù)測(cè)分析

戊－17052放頂煤工作面是戊－17051綜采工作面的下分層，采用一次采全高放頂煤開采。戊－17032、戊－17051綜采工作面對(duì)罐區(qū)影響已經(jīng)穩(wěn)定，故可以單獨(dú)預(yù)測(cè)戊－17052對(duì)庫(kù)區(qū)地面觀測(cè)線的影響(戊－17051、戊－17032對(duì)油罐區(qū)的影響在預(yù)測(cè)中已考慮)。根據(jù)該礦區(qū)開采沉陷規(guī)律，利用概率積分法，選取下沉系數(shù)q=0.67、水平移動(dòng)系數(shù)b=0.26、主要影響角正切tanβ=2.0。1#～6#罐預(yù)測(cè)結(jié)果如表1所示。

在石油庫(kù)受戊－17052回采影響范圍內(nèi)，沿傾向布置了10個(gè)觀測(cè)點(diǎn)，沿儲(chǔ)油罐北側(cè)走向布置了4個(gè)觀測(cè)點(diǎn)進(jìn)行地表移動(dòng)觀測(cè)，受影響初期每5 d觀測(cè)一次，后期每10 d觀測(cè)一次，初次及最終觀測(cè)對(duì)高程及點(diǎn)位進(jìn)行了全面觀測(cè)，在影響期內(nèi)有石油庫(kù)組織專人每天巡查。

表1 戊-17052放頂煤開采沉陷預(yù)測(cè)

觀測(cè)結(jié)果:油罐處最大下沉量770 mm，最大水平移動(dòng)101 mm，最大傾斜40 mm。

根據(jù)實(shí)際地質(zhì)巖性及煤層參數(shù)，開采沉陷下沉值預(yù)測(cè)與實(shí)測(cè)對(duì)比數(shù)據(jù)見表2，對(duì)比圖見圖2，圖中測(cè)點(diǎn)順序從北至南1－9，把3號(hào)罐南北兩側(cè)的測(cè)點(diǎn)投影至1－9測(cè)線上;預(yù)測(cè)下沉Wm與實(shí)測(cè)下沉Wc比較接近，最大差值ΔW=234－162=72(mm)，其與最大下沉之比72/770=9.4%，這個(gè)精度是可以的，且最大下沉值僅在本短測(cè)線上而非整個(gè)采面最大下沉值(油罐區(qū)北側(cè)為茂密樹林，觀測(cè)線無法延伸)。

表2 下沉值預(yù)測(cè)與實(shí)測(cè)對(duì)比數(shù)據(jù) mm

圖2 17052放頂面開采下沉預(yù)測(cè)Wm與實(shí)測(cè)Wc

3 石油庫(kù)下開采防控措施

由于石油庫(kù)處于放頂煤采空區(qū)上方影響范圍內(nèi)，為保證石油庫(kù)的安全運(yùn)營(yíng)，設(shè)計(jì)了筏型砂基墊層抗變形結(jié)構(gòu)油罐基礎(chǔ)、柔性輸油管線接頭及支架，并采取以下措施:

(1)收集采礦地質(zhì)條件、礦區(qū)地表移動(dòng)參數(shù)，繪制1∶2000石油庫(kù)區(qū)井上下對(duì)照?qǐng)D。

(2)對(duì)庫(kù)區(qū)地面受戊－17052回采影響進(jìn)行放頂煤開采沉陷監(jiān)測(cè)。

(3)建立地表移動(dòng)監(jiān)測(cè)、巡視制度，由石油公司指定專人對(duì)油罐每天輪流、巡回觀測(cè)罐體傾斜變化。

(4)根據(jù)罐體傾斜觀測(cè)結(jié)果規(guī)定儲(chǔ)油限制高度。其罐體傾斜值及儲(chǔ)油限制高度要求如表3所示。

(5)在石油庫(kù)區(qū)受戊－17052回采影響范圍內(nèi)建立地表移動(dòng)觀測(cè)站，開始每5 d觀測(cè)一次，最后每10 d觀測(cè)一次，開始及最終兩次進(jìn)行全面觀測(cè)，中間只進(jìn)行沉降觀測(cè)。

(6)全面觀測(cè)按照一級(jí)導(dǎo)線觀測(cè)的計(jì)算要求，沉降觀測(cè)按照四等水準(zhǔn)測(cè)量的技術(shù)要求。

(7)觀測(cè)結(jié)束，及時(shí)整理、計(jì)算、分析數(shù)據(jù);沉陷及傾斜達(dá)到預(yù)警值時(shí)，及時(shí)采取應(yīng)對(duì)措施。

表3 罐體傾斜值及儲(chǔ)油限制高度要求

圖3 筏型基礎(chǔ)框架

3.1 筏型砂基墊層基礎(chǔ)

油罐底部采用筏型砂基墊層基礎(chǔ)，筏型框架使用工字鋼焊接，規(guī)格為10 m*10 m，中間工字鋼間距1 m，中心設(shè)萬(wàn)向支點(diǎn)，筏型基礎(chǔ)框架如圖3所示;框架與地基之間為砂質(zhì)墊層，墊層厚度1.5 m，中心設(shè)支柱與萬(wàn)向頭，四周設(shè)調(diào)整支柱;油罐四周留設(shè)0.5 m的基槽，防止出現(xiàn)漏油時(shí)四溢，影響油庫(kù)安全。筏型砂基墊層抗變形油罐基礎(chǔ)如圖4所示。一旦罐體發(fā)生傾斜就在反方向沖砂，并在調(diào)整支柱上用千斤頂調(diào)平，四周填沙充實(shí)，達(dá)到新的平衡。這種基礎(chǔ)能調(diào)節(jié)由于地表下沉引起的罐體傾斜，是一種既穩(wěn)定又靈活的柔性基礎(chǔ)。

3.2 調(diào)平

在回采戊－17051時(shí)4#罐傾斜110 mm(直徑兩端高差)，必須調(diào)至傾斜小于40 mm符合油庫(kù)管理要求。調(diào)平時(shí)把儲(chǔ)油罐放空，采用高壓水槍，把反傾向方向筏型基礎(chǔ)下的砂墊層沖開，出現(xiàn)50～100 mm的空隙，再用千斤頂緩慢調(diào)節(jié)，達(dá)到人為下沉及反向傾斜效果。調(diào)平后再把空隙用砂填實(shí)。為增加罐的穩(wěn)定性曾四次往罐里灌水壓實(shí)充填砂。

3.3 輸油管線柔性接頭

為了減少地表移動(dòng)對(duì)輸油管線的影響，管道接口采用柔性接頭，直線部分每間隔20～40 m安裝一個(gè)，轉(zhuǎn)向部分在彎頭處增加一個(gè);管道支架采用活動(dòng)支架，根據(jù)管徑大小每5～20 m安裝一個(gè)，在柔性接頭處的兩端各增加一個(gè)。為防止剛性支架的摩擦撞擊產(chǎn)生火花，支架活動(dòng)部分的輥軸使用聚氨酯或膠質(zhì)材料。輸油管線柔性接頭及活動(dòng)支架如圖5所示。

圖4 筏型砂基墊層抗變形油罐基礎(chǔ)

圖5 輸油管線柔性接頭及活動(dòng)支架

4 結(jié)論

(1)放頂煤開采沉陷預(yù)測(cè)與實(shí)測(cè)的基本相符，說明戊－17052放頂煤開采沉陷預(yù)測(cè)可信。

(2)設(shè)計(jì)實(shí)施的筏型砂基墊層抗變形結(jié)構(gòu)油罐基礎(chǔ)、柔性輸油管線接頭及支架經(jīng)受住了多層、多工作面、多采煤法的開采影響，動(dòng)應(yīng)變保護(hù)方案及措施安全可行。

(3)放頂煤開采沉陷預(yù)測(cè)與動(dòng)應(yīng)變防護(hù)的實(shí)施，既保證了礦山生產(chǎn)的正常進(jìn)行又保證了石油庫(kù)的安全運(yùn)營(yíng)，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益十分顯著。

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