采空区埋地油气管道变形数值模拟分析

评价和预测穿过采空区的油气管道变形是油气储运工程制定管道安全预防对策的主要依据之一。结合工程实例,将现场变形监测与基于FLAC 3D的数值模拟结果相比较,采用针对采空区和管道变形特点的三维数值模型、适合采空区岩土和管道性质的本构模型计算单元和计算参数。结果表明,模拟结果与实际监测数据较吻合,管道沉降最大误差小于3.98%,管道上方地表下沉最大值误差小于7.52%。     

灰色-马尔科夫链模型在埋地油气管道腐蚀预测中的应用

针对我国埋地油气管道泄漏事故发生频繁的现状,为了准确地预测油气管道的腐蚀状况,应用灰色GM(1,1)模型对埋地管道的管壁最大腐蚀深度进行预测,并结合马尔科夫链模型对管壁腐蚀的最大概率状态进行分析和预测,实现对埋地油气管道腐蚀现状和运行情况的科学评价和预测,并对模型精度进行检验。结果表明:在检测数据较少的情况下,该组合模型能够很好地预测油气管道的最大腐蚀深度和腐蚀状况,为管道的进一步维护、维修和检测提供参考依据,对于保障油气管道安全运行具有重要的指导意义。     

国外矿山开采沉陷预计技术研究及应用概述

地表移动和变形的预计是根据已知的地质和开采条件,在矿山开采之前对地表可能产生的移动和变形进行估算,准确的预计对尽量减少开采过程中由采动造成的地表损害具有重要意义。简要介绍了一些国外关于地表沉陷预计的方法及其优缺点,并通过两个实例进行了比较。通过对不同方法的思路及使用的数学模型进行初步的探讨与分析,得出各方法在开采沉陷预计中的优缺点,并对矿山沉陷预计方法的发展提出了建议。     

基于钻孔数据煤矿开采地表沉陷预计

开采沉陷引起的环境损害评价是环评工作中的重要内容,现有预计软件基本不适应在大面积环评工作中开展沉陷预计工作。针对现有问题,以矿区钻孔数据为基础,基于Delaunay三角形剖分算法建立了煤层开采地表沉陷预计模型。通过设计对比试验,验证了新建模型预计结果较传统的预计方法更加符合实际地表沉陷情况,预计结果的可靠性较高。将该模型运用到工程实例中,可以节省人力资源,使煤矿生态环评从原来以定性分析、半定量预计为主的状况,提高到以定量预测为主的高度,更好地为矿区生态环境保服务。     

基于沉陷预计的岩盐矿区土地损毁研究

以封闭溶腔环境和非封闭溶腔环境下的岩盐矿区为研究对象,采用概率积分法,在修正沉陷预计参数的基础上,分析不同溶腔环境下岩盐矿区的地表移动变形和土地损毁结果。封闭溶腔环境下沉陷预计参数的修正引入等价采高模型和水砂充填开采模型,非封闭溶腔环境下沉陷预计参数的修正引入等价采高模型。结果表明,不同溶腔环境下的预计结果的最大值存在显著差别,地表移动变形结果值取决于溶腔封闭性。在封闭溶腔环境下,岩盐矿区的下沉、倾斜、水平变形、水平移动和曲率的最大值分别为400 mm、0.35 mm/m、0.55 mm/m、180 mm和0.001 1 mm/m2,损毁范围内的农用地均属于轻度损毁;在非封闭溶腔环境下,岩盐矿区的下沉、倾斜变形、水平变形、水平移动和曲率的最大值分别为6 500 mm、0.6 mm/m、9.5 mm/m、2 800 mm和0.02 mm/m2,损毁范围内的农用地受轻度、中度和重度损毁的面积分别为1 095.70 hm2、148.44 hm2和107.78 hm2。通过对比,封闭溶腔环境下岩盐矿区的地表移动变形结果小于非封闭溶腔环境下的地表移动变形结果,在非封闭溶腔环境下岩盐开采可能造成大范围的土地损毁,岩盐矿区土地损毁预防措施要解决的核心问题是保障溶腔的完整性和封闭性。     

基于PSR-可拓云模型的油气管道脆弱性评价

为准确分析油气管道的脆弱性程度,提高管道系统风险抵抗能力,保障油气管道安全运输,提出了基于PSR-可拓云模型的油气管道脆弱性评价模型。基于PSR概念框架构建油气管道脆弱性评价指标体系;引入博弈论思想将层次分析法和CRITIC法计算所得权重进行最优组合。同时考虑油气管道脆弱性影响因子量化的模糊性,建立可拓云模型计算关联度,进而确定管道的脆弱性等级;最后,将模型应用于陕西省某现行管道,定量计算出该管道各管段的脆弱性值,并进行脆弱性排序。经过计算,该管道的综合脆弱性等级为较不脆弱,与实际情况相符。该模型不仅可以识别较为脆弱管段,还能把握脆弱性在油气管道系统中的传递和变化趋势,为油气管道的安全运行提供决策依据。     

金属矿山地表沉陷的可拓评价预警

针对金属矿山地表沉陷灾害的预警问题,应用可拓学理论,建立基于物元和关联函数的矿山沉陷评价预警模型。选取沉陷密度、沉陷面积率、断层密度、覆层强度指标、深厚比、下沉系数6个预警指标,划分4级预警模式。根据各指标特征建立关联函数并计算关联度,结合德尔菲-层次分析法确定指标权重。选取我国4个典型金属矿山开展模型验证,获得各矿山地表沉陷的预警等级,与矿山实际情况对比分析认为评价结果具有较好的可信度。该方法操作简单,结果直观,为金属矿山的地表沉陷预警提供了新的思路。     

威布尔分布计算充填采矿地表变形

为了准确分析采矿引起的地表沉陷变形对地表高压供电线路的影响,采用威布尔(Weibull)分布法计算地表下沉与偏斜值的大小。威布尔分布法计算充填采矿地表变形能够将地表变形的多个参数用于计算,并且函数便于用MATLAB编程处理。通过冀东一个铁矿的计算实例说明,采用充填采矿法控制地表变形后高压供电线路能够安全运行,该计算方法能够满足工程计算需要。     

落石冲击作用下架设油气管道响应分析

针对影响油气管道安全运营的落石冲击问题,基于弹塑性力学、Cowper-Symonds本构模型和有限元方法,建立了球形落石冲击油气管道的计算模型,对管道动态响应过程进行了数值模拟。对冲击速度、落石半径、管道内压力和落石冲击位置进行了参数敏感性分析,研究了各参数对管道冲击变形的影响规律。结果表明:落石的冲击能量主要用于管道塑性变形;冲击过程中,落石与管道的接触区域由初始的椭圆斑逐渐变成了椭圆环;管道塑性变形随着冲击速度和落石半径的增大而增大,随内压和落石偏移度的增大而减小。该研究工作为油气管道的安全评价及防护工程的设计提供了参考依据,对保障油气安全运输具有重要的工程意义。     

Gumbel分布的油气管道的剩余寿命预测

为解决在役油气管道腐蚀严重、易发生泄漏事故等问题,研究管道腐蚀增长状况并预测管道剩余寿命。首先基于Gumbel分布,处理从某油气管道检测资料中随机抽取的最大腐蚀深度数据,建立管道最大腐蚀深度预测模型。然后用马尔科夫链蒙特卡罗(MCMC)方法估计预测模型的参数的值,通过模型预测出可能的最大腐蚀深度。再基于所得腐蚀深度、临界腐蚀深度及管道使用年限等数据,建立三者之间的关系指数模型,以此来预测油气管道的剩余寿命。最后以国内某一管道为例,验证MCMC方法预测管道剩余寿命的有效性。研究结果表明:利用Gumbel分布预测出的管道最大腐蚀深度指标更加精确,偶然性小,且得出的管道剩余寿命更加合理。     

水下穿越油气管道水流冲击作用下强度安全研究

油气管道穿越水流活动区域时,在水流冲击浮力作用下,油气管道面临漂管、大变形甚至断裂等强度失效风险。研究水流冲击作用下油气管道的强度安全性意义重大。描述分析了流水作用下管道的载荷特性,构建了水下管道有限元模型,分析了水流冲击、动静水浮力下管道的应力应变特性,构建了强度评价准则,对油气管道进行了安全评价,基于复壁管稳管技术,对水下管道进行了强度加强设计,为工程优化设计提供参考。     

基于改进理想点解法的油气管道事故综合预测研究

为了提高对油气管道事故的综合预测能力,进而降低油气管道事故的发生概率,基于多属性决策理论的理想点解法,研究提出了基于改进理想点解法的油气管道事故综合预测模型。从引起油气管道失效原因分类的角度,构建油气管道事故综合预测指标体系;基于五标度法的改进层次分析法计算指标权重;在此基础上,应用改进理想点解法计算各油气管道的贴近度,根据贴近度值确定各管段事故发生的可能性;以某条长输管线为例,进行了实证分析。研究结果表明:基于改进理想点解法的油气管道事故综合预测结果与实际情况高度吻合;该方法为管道企业从整体上掌握油气管道的安全状况提出了1种新的科学方法,可为管道企业进行管道完整性管理提供决策支持。     

结合遥感影像的矿山开采沉陷专题信息三维表达

煤矿井下开采引发地表沉陷是一种严重影响生命财产和生产安全的工程形变灾害 ,其形变信息有效表达和精准制图可大大减少矿区变形控制的成本,为矿山安全生产、 保护煤柱留设、塌陷地治理、压煤村庄搬迁、破坏等级判定与损害补偿评估等方面提供 更可靠的技术保障。基于矿山地图、实时卫星遥感影像与开采沉陷变形预计结果等数据 ,采用GIS空间分析和三维可视化技术,对淮北朔里矿区地表移动与变形的下沉（W）、 水平移动（U）、水平变形（ε）、倾斜（i）和曲率（K）等形变类型进行了三维的专 题信息与应用表达,其专题信息能更加直观有效地表达与准确清晰描述开采沉陷的地理 位置、影响范围、受损害地物类型、形变方向与变形量大小等。     

尾段残差修正GM(1,1)模型在管道腐蚀预测中的应用

为解决海底油气管道由于外表面破损引起腐蚀加快,进而导致管道腐蚀失效的问题,基于传统灰色模型,建立尾段残差修正GM(1,1)模型,用以预测管道剩余寿命。首先,检验管道腐蚀深度数据的光滑性和准指数规律性,建立灰色微分方程;然后利用最小二乘法求出方程参数值,用传统灰色模型预测腐蚀深度,并对残差进行修正,从而得到一个完整的用于海底管道腐蚀趋势预测的尾段残差修正GM(1,1)模型,并对预测结果进行后验差检验。最后以某一海底管道试验段为例,预测管道剩余寿命。结果表明,传统管道腐蚀深度预测灰色模型预测相对误差为36.7%,尾段残差修正GM(1,1)模型预测的相对误差为3.79%,后者预测精度等级更高。     

丘陵山地采煤地地表移动变形与裂缝特征相关性研究

在预测模型修正的基础上,运用地表变形预计系统对丘陵山区采煤地地表变形预测,通过对比分析预计裂缝结果和裂缝调查结果,分析裂缝与地表变形参数之间的相关性。研究结果发现,经过修正后的丘陵山地预测模型,预测结果与调查结果吻合;裂缝宽度与预计的水平变形值的相关性显著,而裂缝长度与预计水平变形值的的相关性不显著。     

基于改进TOPSIS的承包商安全能力评价模型及应用

选择安全能力好的承包商企业,对油气管道企业安全生产具有重要意义。本文以油气管道企业承包商为依托,在广泛调研的基础上,基于多维度的油气管道承包商安全能力制定评价指标体系,构建了以安全文化、安全制度、安全教育、监管能力和安全管理为要素的安全能力评价模型。该模型结合安全学科理论研究并采用改进的TOPSIS法进行相关运算。实际应用显示,该模型不仅可以帮助油气管道企业选择好的承包商,还可以指导企业承包商进行安全能力评价和提升,对企业长远发展具有重要意义。     

中阳张子山煤矿地表沉陷预测及影响分析

针对中阳张子山煤矿的地质条件进行了详细的分析,在此基础上用概率积分法预测了中阳张子山煤矿的地表沉陷情况,并分别分析了地表沉陷对地面建筑物的影响、对土地资源和农业经济的影响、对公路的影响、对水资源的影响、引发地质灾害对环境带来的影响。     

管道腐蚀安全评价模型特性研究

目前最常用的油气管道腐蚀安全评价方法为ASME B31G Modified、DNV RP F01、PCORRC、SHELL92。为了研究腐蚀管安全评价模型的特性,根据模型中使用的主要参数,研究了腐蚀缺陷长度、深度以及管道材料力学性能参数与管道失效压力之间的关系,并结合文献试验测试数据。结果表明:管道材料对模型预测结果影响最明显,四种模型中DNV RP F101的预测结果最接近实验值,SHEEL92模型预测结果最安全;ASME B31G Modified预测结果误差变化最大。本研究对于选择恰当的腐蚀管道安全评价模型,具有一定的指导意义。     

基于前景-后悔理论的油气管道风险模态分析

针对现有油气管道的风险评估方法未考虑人的有限理性和后悔规避的心理行为特征,提出了一种基于前景-后悔理论的油气管道风险模态分析方法.首先,通过期望值法明确决策事物参考点,并限定决策者对各风险模态的期望取值区间,构建可能性分布函数.其次,利用决策准则值与参考点的差值确定收益或损失,进而计算价值函数矩阵.再次,基于概率-可能性相容性原理,采用比例转化法实现可能性与概率的转化,以构造权重函数矩阵,从而计算前景值矩阵.最后,以前景值中的正负理想点为参考点计算后悔理论中各风险模态的欣喜-后悔值,确定油气管道的风险评估结果.研究表明,该方法合理且有效,能够准确地对油气管道风险进行预测,为油气管道的风险评估提供了新方法.     

井工开采影响下的露天矿边坡沉陷规律研究

许多露天煤矿通过井工开采回收了边坡下的煤炭资源,但也不同程度地加剧了露天矿边坡的失稳和沉陷问题。其引起的岩层移动及地表下沉是一个复杂的物理、力学变化过程,本文以安家岭露天煤矿及其一号井工矿作为研究背景,首先分析了该矿山采空区的塌陷现状、特点、成因机制以及对露天煤矿生产带来的影响;并应用概率积分法与FLAC数值模拟方法对采空区塌陷进行模拟和预测分析,研究了露井共采作用下边坡变形及破坏机理,揭示了井工采动影响下,露天矿台阶式边坡特有的变形形态、应力分布特征、形成机理与采动沉陷规律。本文研究结论对于同类露井共采的矿山有着重要的借鉴意义。