Abstract
Deformation behavior and stability of vertical pipeline subjected to underground excavation have been studied by means of numerical analysis. Vortical ground displacements cause the pipe to be compressed, while horizontal ones cause it to be bent. In that region the vertical pipeline meets with the induced compressive stress and bending stress. In addition horizontal rock stress subjected to underground excavation may press the tube in its radial direction and it finally produces the tangential stress of pipe. In this study active gas well system is considered as an example of vertical pipelines. Factor analysis has been conducted which has great influence on the pipeline behavior. Three case studies are investigated which have the different pillar widths and gas well locations in pillar. For example, where overburden depth is 237.5 m and thickness of coal seam is 2.5 m, chain pillar of 45.8 m width in the 3-entry longwall system is proved to maintain safely the outer casing of gas welt which is made of API-55 steel, 10$\frac{3}{4}$ in. diameter and 0.4 in. thickness. Finally an active gas well which was broken by longwall mining is analyzed, where the induced shear stress turn out to exceed the allowable stress of steel.
본 연구에서는 지하공간의 굴착에 따른 수직파이프 구조물의 변형거동 및 안정성을 수치해석적으로 검토하였다. 지반의 수직거동은 파이프의 압축변형 및 압축응력을 발생시키며, 수평거동은 파이프의 굴곡변형 및 쉽응력을 발생시킨다. 또한, 지반의 수평응력은 파이프를 압착시켜 접선응력을 발생시킨다. 본 연구의 해석대상 구조물은 지하 천연가스의 생산정으로 서, 인접 지반의 굴착이 파이프에 미치는 영향과 최대 영향 요소를 고찰하였다. 이를 위해 보안탄주의 폭과 가스생산정의 위치가 서로 다른 세 가지 사례를 해석하고 비교하였다. 두께 2.5m인 탄층이 심도 237.5m에 위치할 때 45.8m 폭의 보안탄주는 외경 10$\frac{3}{4}$ in., 두께 0.4 in.인 API-55 강철 파이프 구조물을 안전하게 보호할 수 있다. 또한, 실제로 파괴가 발생한 가스생산정을 검토한 결과, 발생된 전단음력이 강철 재료의 허용음력을 초과하였다.
