Geotechnical Instrumentation: Monitoring Longitudinal Stress of a High Pressure Pipeline During Longwall Mining Operations — A Case Study in West Virginia

Abstract

Longwall mining operations could compromise the integrity of high pressure pipelines by way of surface subsidence and soil strains. Prior to implementing field programs for monitoring subsidence, a preliminary mitigation/stress analysis study should be designed to determine the possible effects of the longwall mining operations on the pipeline(s). If the stress analysis indicates possible high stresses beyond the allowable limits of a pipeline, then a mitigation plan should be developed and implemented. Regardless of the anticipated stress level in a pipeline, a strain monitoring program is usually recommended. The purpose of this paper is to discuss the design of a pipeline strain monitoring program, which includes the installation of strain gages at critical locations along two adjacent pipelines. The study area includes a 12 inch diameter steel pipeline (for natural gas transport) and a 12 inch HDPE pipeline for water transport. The study area is located in a mountainous region of West Virginia. Prior to the field program, a laboratory pilot study was performed with strain gages on a test section of HDPE pipe to determine the best mounting procedures. The field implementation program included the installation of strain gages on the gas and water pipelines. Multiplexers, data loggers, a solar array and a satellite modem for 24/7 data transfer were installed, and monitored throughout the study. During the field implementation program several meteorological and geologic events occurred which caused some design changes in the field program.

The Influence of Sequence of Alongside Displacement of Soil on Stresses in Buried Pipeline in Zone of Mine Subsidence

“…Тим не менше, в літературі [13] дуже мало прикладів, де є експериментально перевірені розрахункові значення напружень, обумовлені осіданням земної поверхні. Крім того, в нещодавно опублікованій роботі [14] про прогнозування та моніторинг напруженого стану трубопроводів в зоні впливу шахти було зроблено зовсім інші песимістичні висновки. Було зазначено, що: "Трубопровідні навантаження слід контролювати за допомогою тензодатчиків або інших засобів.…”

“…Формула(14) є основною сутності алгоритму, проста форма якого дозволяє нам використовувати алгоритм, наведений у розділі 1.2, і перейти до пункту 3 лише зміною ( ) Розрахунок з урахуванням історії, для поздовжньої шахтної виробітки Це більш рідкісний випадок видобутку шахт, тому що нормативні документи зазвичай вказують, що шахта повинна перетинати будь-яку протяжну конструкцію (включаючи трубопровід) у найкоротшій ширині. Тим не менше, в місцях відгалуження систем декількох трубопроводі трапляються випадки поздовжнього взаємного розташування шахтних виробіток (лав) та трубопроводів.…”

Numerical procedure based on basis and correction solutions for axial stress calculation in pipelines passing through zones of mine subsidence

“…Nevertheless, there are very few examples in literature [12] where calculated stresses due to mine subsidence were experimentally verified. Furthermore, in recently published paper [13] on prediction and monitoring the stresses in mine subsidence area the quite different pessimistic conclusions were made. It was stated that: «Pipe stresses should be monitoring using strain gauges or other means.…”

“…But there are still a few very serious arguments in favor of calculation. First, in any case the calculations are needed to understand, in principle, the severity of mine influence, the zones and places of gages installation [13]. Second, to our experience, the soil resistance can induce stresses ranged from 3 -4 MPa per meter for pipe of 6 mm thickness up to 5 -6 MPa/m for 4 mm thickness.…”