大型石油库下开采沉陷预测及防护方法研究

王晓静

(河南城建学院测绘工程学院，河南平顶山467036)

1 工程概况

某大型石油库位于矿区戊七采区上方，由东向西沿煤层走向排列12个储油罐，油库总容积24 000 m3，地面标高+184 m，戊－17052放顶煤工作面位于油罐北侧30～150 m，该工作面风巷标高－35 m，埋深220 m，可采走向长度970 m，倾斜长度119 m，平均煤层厚度6.6 m，煤层倾角8°30'，可采储量76.4万t。井上下对照如图1所示。

根据开采沉陷预测，在采空区上方影响范围内，设计实施的筏型砂基垫层抗变形结构油罐基础、柔性输油管线接头及支架经受住了多层、多工作面、多采煤法的开采影响和断层带切割及地鼓侵害，除个别罐体进行了调平外，十个罐体均安然无恙、正常使用。

图1 井上下对照图

2 石油库下开采沉陷预测分析

戊－17052放顶煤工作面是戊－17051综采工作面的下分层，采用一次采全高放顶煤开采。戊－17032、戊－17051综采工作面对罐区影响已经稳定，故可以单独预测戊－17052对库区地面观测线的影响(戊－17051、戊－17032对油罐区的影响在预测中已考虑)。根据该矿区开采沉陷规律，利用概率积分法，选取下沉系数q=0.67、水平移动系数b=0.26、主要影响角正切tanβ=2.0。1#～6#罐预测结果如表1所示。

在石油库受戊－17052回采影响范围内，沿倾向布置了10个观测点，沿储油罐北侧走向布置了4个观测点进行地表移动观测，受影响初期每5 d观测一次，后期每10 d观测一次，初次及最终观测对高程及点位进行了全面观测，在影响期内有石油库组织专人每天巡查。

表1 戊-17052放顶煤开采沉陷预测

观测结果:油罐处最大下沉量770 mm，最大水平移动101 mm，最大倾斜40 mm。

根据实际地质岩性及煤层参数，开采沉陷下沉值预测与实测对比数据见表2，对比图见图2，图中测点顺序从北至南1－9，把3号罐南北两侧的测点投影至1－9测线上;预测下沉Wm与实测下沉Wc比较接近，最大差值ΔW=234－162=72(mm)，其与最大下沉之比72/770=9.4%，这个精度是可以的，且最大下沉值仅在本短测线上而非整个采面最大下沉值(油罐区北侧为茂密树林，观测线无法延伸)。

表2 下沉值预测与实测对比数据 mm

图2 17052放顶面开采下沉预测Wm与实测Wc

3 石油库下开采防控措施

由于石油库处于放顶煤采空区上方影响范围内，为保证石油库的安全运营，设计了筏型砂基垫层抗变形结构油罐基础、柔性输油管线接头及支架，并采取以下措施:

(1)收集采矿地质条件、矿区地表移动参数，绘制1∶2000石油库区井上下对照图。

(2)对库区地面受戊－17052回采影响进行放顶煤开采沉陷监测。

(3)建立地表移动监测、巡视制度，由石油公司指定专人对油罐每天轮流、巡回观测罐体倾斜变化。

(4)根据罐体倾斜观测结果规定储油限制高度。其罐体倾斜值及储油限制高度要求如表3所示。

(5)在石油库区受戊－17052回采影响范围内建立地表移动观测站，开始每5 d观测一次，最后每10 d观测一次，开始及最终两次进行全面观测，中间只进行沉降观测。

(6)全面观测按照一级导线观测的计算要求，沉降观测按照四等水准测量的技术要求。

(7)观测结束，及时整理、计算、分析数据;沉陷及倾斜达到预警值时，及时采取应对措施。

表3 罐体倾斜值及储油限制高度要求

图3 筏型基础框架

3.1 筏型砂基垫层基础

油罐底部采用筏型砂基垫层基础，筏型框架使用工字钢焊接，规格为10 m*10 m，中间工字钢间距1 m，中心设万向支点，筏型基础框架如图3所示;框架与地基之间为砂质垫层，垫层厚度1.5 m，中心设支柱与万向头，四周设调整支柱;油罐四周留设0.5 m的基槽，防止出现漏油时四溢，影响油库安全。筏型砂基垫层抗变形油罐基础如图4所示。一旦罐体发生倾斜就在反方向冲砂，并在调整支柱上用千斤顶调平，四周填沙充实，达到新的平衡。这种基础能调节由于地表下沉引起的罐体倾斜，是一种既稳定又灵活的柔性基础。

3.2 调平

在回采戊－17051时4#罐倾斜110 mm(直径两端高差)，必须调至倾斜小于40 mm符合油库管理要求。调平时把储油罐放空，采用高压水枪，把反倾向方向筏型基础下的砂垫层冲开，出现50～100 mm的空隙，再用千斤顶缓慢调节，达到人为下沉及反向倾斜效果。调平后再把空隙用砂填实。为增加罐的稳定性曾四次往罐里灌水压实充填砂。

3.3 输油管线柔性接头

为了减少地表移动对输油管线的影响，管道接口采用柔性接头，直线部分每间隔20～40 m安装一个，转向部分在弯头处增加一个;管道支架采用活动支架，根据管径大小每5～20 m安装一个，在柔性接头处的两端各增加一个。为防止刚性支架的摩擦撞击产生火花，支架活动部分的辊轴使用聚氨酯或胶质材料。输油管线柔性接头及活动支架如图5所示。

图4 筏型砂基垫层抗变形油罐基础

图5 输油管线柔性接头及活动支架

4 结论

(1)放顶煤开采沉陷预测与实测的基本相符，说明戊－17052放顶煤开采沉陷预测可信。

(2)设计实施的筏型砂基垫层抗变形结构油罐基础、柔性输油管线接头及支架经受住了多层、多工作面、多采煤法的开采影响，动应变保护方案及措施安全可行。

(3)放顶煤开采沉陷预测与动应变防护的实施，既保证了矿山生产的正常进行又保证了石油库的安全运营，经济效益和社会效益十分显著。

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