煤炭采空區輸電線路的運行特點和事故防范措施

王培青

（薛家灣供電局，內蒙古 鄂爾多斯 010300）

隨著我國經濟和采礦事業的不斷發展,一些礦區特別是淺埋煤礦的開采,引起地面下沉、凹陷甚至坍塌,給經過或坐落于礦區上的高壓輸電桿塔、線路造成了很大的威脅和危害。薛家灣地區地下煤炭儲藏豐富，地下開采已有幾十年的歷史，由于地理空間的局限性，220kV薛家灣變電站周圍的部分輸電線路桿塔處以采空區上，給輸電線路的安全穩定運行埋下了極大的安全隱患。特別2005年4月27日110kV古東線20#鐵塔整體塌陷故障的發生，為采空區上方輸電線路安全運行維護敲響了警鐘。所以，在日常的運行維護中，要準確掌握采空區上方線路的運行特點，采取切實有效的事故防范措施，避免事故的發生。

1 薛家灣地區煤炭采空區輸電線路的運行概況

1.1 運行概況

220kV薛家灣變電站東側，分布著幾個中小型煤礦，已開采幾十年，部分已關停。由于薛家灣變電站是蒙西電網重要的樞紐站，進出線較為密集，線路不可避免的要經過這些煤炭采空區。隨著運行時間的不斷增加，因采空區帶來的不安全現象也日漸突顯。

1.2 出現的不安全現象

220kV薛長線2004年投入運行，15#、16#塔位于原軍區煤礦上方，2008年5月，距15#東側150m處發生地表塌陷，形成直徑約20m，深15m的塌陷坑。后進行回填夯實。

110kV薛城Ⅰ回 1993年投入運行，29#—34#桿塔位于陽溝煤礦上方，2009年發現30#塔基礎周圍地表裂縫嚴重，并出現多處小型塌陷坑。后經重新設計，將該塔順線路進行位移（仍在采空區上方），避開塌陷區，改用板式基礎，增大受力面。

110kV薛窯線1997年投入運行，其薛窯段31#—39#桿塔位于楊樹溝煤礦上方，2010年發現 34#桿順線路傾斜嚴重，經現場測量為桿高的23‰，超出《架空送電線路現場運行規程》規定的15‰。絕緣子、地線懸垂線夾順線路偏移，基礎周圍地表出現裂縫，距電桿9m處有小型塌陷坑。在34#桿兩側各增設兩組拉線，利用拉線將該桿進行復位，并對絕緣子、地線懸垂線夾進行調整。

2 薛家灣地區煤炭采空區輸電線路的運行特點

2.1 采空區分布情況復雜

薛家灣地區地下煤炭分布廣，煤層淺，容易開采。解放前后，當地群眾開始零星開采，70年代以后，隨著鄉辦企業的興起，煤炭開采進入規?；_采礦井逐漸增多。但由于缺乏合理規劃，政府和有關部門沒有進行有效監督，煤炭開采較為混亂，造成礦井的分布情況復雜，加之部分礦井已停產或關閉多年，井下的開采情況無法準確掌握，致使供電部門和電力設計部門在輸電線路施工和運行中不能準確了解采空區的分布情況和開采情況，不利于事故防范措施的制定和實施。

2.2 采空區地質變化特殊

薛家灣地區地形較為復雜，溝壑縱橫，以土丘為多，地表多為黃土，土質比較疏松，并且該地區的煤層較淺，一但開采過量會導致地面塌陷或者開裂等情況，這樣的地質變化對輸電線路桿塔造成了嚴重的危害，采空區嚴重地區已經有鐵塔傾斜，嚴重影響了薛家灣地區輸電線路的安全穩定運行。

2.3 季節性變化對采空區的影響

薛家灣地區的季節性變化對采空區的影響較為嚴重，尤其是冬春交替季節，冬季凍土使地質硬化，桿塔傾斜不明顯，但春季開化，導致地面疏松，給采空區上的桿塔帶了嚴重的危害。夏末秋初多雨季節也是危險季節，該地區多為松土，經雨水沖擊，土質更為松軟，并且該地區的煤層開采較淺，造成處于采空區地帶桿塔傾斜，更為嚴重會使桿塔塌陷。

3 事故防范措施

3.1 桿塔在線檢測

目前我局的大部分輸電線路處以采空區上，110kV薛清線 30#由于采空區沉陷被迫桿塔移位。而 220kV薛長線、萬薛線、薛準I、II回大部分桿塔處于采空區上，給線路的安全穩定運行埋下了極大的隱患，采取常規的巡視監控不能及時發現，當巡視發現地面沉降時，輸電線路已處于危險狀態。安裝輸電線桿塔在線監測，能夠及早發現采空區的沉陷情況，并及時對桿塔的傾斜進行處理，防止到桿斷線事故發生。

輸電線路桿塔在線監測系統主要通過桿塔傾斜傳感器和數據采集終端，采用程序設計傳輸時間間隔，定時將桿塔順線路及垂直線路方向的傾斜角度數據傳輸至后臺控制中心，通過對所采集數據的曲線分析，可以及時判斷桿塔傾斜的發展趨勢，在達到報警狀態時及時處理，是對于采空區輸電線路桿塔安全進行在線狀態監測的一種有效手段。

3.2 可調試井字梁改造

可調試井字梁改造是根據采空區內桿塔基礎傾斜、下沉情況對其基礎進行調平，弱化采空區地質變化對輸電線路運行的影響，提高線路運行的可靠性。

對煤礦采空區桿塔運行安全產生威脅的大小主要取決于采空區地表的變形、破壞的形式、程度和過程，而這些因素的變化與所開采的煤層厚度、覆蓋層厚度、強度、完整性有很大關系，其中煤層厚度和覆蓋層厚度是關鍵因素；我們用Hm代表煤層厚度，用 Hy代表覆蓋層厚度，深厚比r=HH；Hs代表覆蓋層內巖石層的厚度，巖厚比ρ=；在大量統計整理采空區地表變形特征資料基礎上，通過理論分析并結合實踐認定：21 r 110 2.7× 10 ≤ ≤ 8.9 10的情況下可使用可調式井字梁基礎進行改造?？烧{式井字梁基礎長 15m，深2m，寬0.8m，并將可調式井字梁基礎和桿塔基礎一體式捆綁，基礎調整范圍 0～3m?？烧{試井字梁是目前防范采空區最好的方法。

圖1 薛城Ⅰ回8號塔可調試基礎運行情況

3.3 加大巡視密度

為了有效防止采空區帶來的隱患，加大巡視密度也是較為有效的方法，采用專人專管的策略，對處于采空區地帶的桿塔派專人巡視，及時記錄采空區惡化的程度，同時縮短巡視周期，由以往的一周一巡改為隔三天一巡，這樣能更好的、準確的掌握采空區變化的第一手資料，為消除采空區隱患提供了有效的基礎。

3.4 線路切改

線路切改方案是在以上預防措施都無法實施，并且采空區地表變化達到嚴重情況時采用的最終辦法，由于薛家灣地區開采煤礦地段較多，在切改線路時選擇安全的新址猶為重要，目前我局所管轄線路已經成功切改了路薛Ⅰ、Ⅱ回，使該條線路穩定系數提高，避免了采空區帶來的危害。

4 結論

煤礦采空區,是煤炭城市建筑設計經常遇見的一種特殊地質條件.由于采空區局部地表沉陷產生的不均勻沉降，往往引起地面建筑產生裂縫，甚至傾覆，影響使用。桿塔是輸電線路的重要組成部分之一，輸電線路的安全運行對于保證向用戶不間斷地供電至關重要。薛家灣地區淺埋煤礦的開采,引起地面下沉、凹陷甚至坍塌，給經過或坐落于礦區上的高壓輸電桿塔、線路造成了很大的威脅和危害。通過分析采空區的特點，找出有效的防范措施，確保該地區電網安全、穩定運行。

[1]岳本禎.煤礦采空區的探治方法與處治技術[J]. 科技創新導報, 2012(1).

[2]張學東, 裴紅兵, 許敏. 處理采空區鐵塔傾斜的一種新方法[J]. 山西電力, 2010(3).

[3]宰紅斌, 趙晉芳. 采空區輸電線路的運行維護與處治技術研究[J]. 山西電力, 2012(1).