随着我国经济的发展,管道运输在各种交通方式中占有越来越突出的地位。管道运输有其他交通运输方式无法比拟的优点,但也存在很大的缺点,即受自然地质条件的影响非常大,尤其是当管道经过煤矿采空区时,采空区地表沉降变形会对管道安全造成很大的影响。为了确保管道经过采空区时的安全稳定,必须要对采空区地表沉降进行计算分析和现场监测,同时要根据地表沉降变形量对管道安全稳定进行分析。(1)选取基于概率积分法的岩移计算方法对煤矿54采区工作面上地表沉降变形进行计算,结果表明:在该近水平煤层按顺序进行开采的情况下,开采结束后地表最大沉降值为300mm,最大倾斜值为1.025mm/m,最大曲率值为0.0053mm/m2,最大水平位移值为96mm,最大水平变形值为0.498mm/m。(2)利用FLAC3D按开采顺序对54采区工作面开采进行数值模拟后可以发现:在采空区上方的中间区地表下沉值最大,最大下沉值为240mm,最大水平位移值为90mm,且最大下沉值与最大水平位移值不在一个工作面上。(3)经过对整个采区现场监测可以发现:54采区的实际地表最大沉降量为260mm,最大水平位移值为87mm;将54采区现场监测的数据与理论计算和数值模拟的结果对比可以看出,相比于理论计算,数值模拟的结果更接近于实测值;而352采区由于采用长壁垮落法进行煤层开采,实测最大沉降量为1624mm,为整个采区的最大地表沉降量。(4)通过对已有的采空沉陷区管道力学模型包括三向土弹簧非线性模型、下伏土体管道力学模型及管道半空间受力分析模型进行分析,得出现有模型对管道分析的不足,基于基本假设,建立新的适用于煤矿采空塌陷区管道力学模型。(5)采用管道计算模型给出的解析方法对54采区及352采区地表不均匀沉降条件下铺设的管道进行力学分析计算,并运用ABAQUS有限元软件对管道进行数值模拟。采空塌陷区管道半空间受力模型的最大轴向应力分别为45.1MPa、93.6MPa,采用推导的采空塌陷区管道模型计算的最大轴向应力分别为13.2MPa、49.8MPa,模拟得到的最大轴向应力分别为18.99MPa、67.93MPa,推导模型计算结果更加接近模拟值。采用基于应变理论的失效判据对管道进行安全性评价,不管是利用半空间受力模型、本文推导的管道模型的计算值,还是数值模拟值,都能得出管道可以安全运输的结论。