綜放采煤沉陷區輸電線路安全評估方法

于德亮，王 磊，劉 康

（興隆莊煤礦，濟寧 兗州272102）

0 引言

興隆莊煤礦三采區下部位于礦井的東北部，區內地勢平坦，地面標高+49.2～+52.0m。地面有興莊II線110kV、馬青-曲阜220kV高壓輸電線各一路。三采區下部首采3304（下）綜放工作面位于兩路輸電線路的南部，工作面開采必將對兩路輸電線路產生影響。

為確保線路正常安全供電，對兩路輸電線路受影響的線塔進行預計分析，并對供電安全性進行評估，明確開采中需要采取的措施，在線路未進行遷改的情況下，順利完成了3304（下）工作面的回采，提高了資源回收利用率，緩解了礦井生產接續緊張的局面。

1 工作面開采地質條件及輸電線路現狀

1.1 工作面開采地質條件

本面所采煤層為下二疊統山西組底部之3煤，煤層厚度最小8.1m，煤層厚度 最大9.2m，平均8.55m。可采指數為1；煤層結構復雜，含兩層夾矸：一層夾矸位于3煤底板之上5.50-5.80m處，厚0.02～0.03m，巖性為粉砂巖；另一層夾矸位于3煤底板之上2.70～4.20m處，厚0.20～0.40m，巖性為泥巖或粉砂巖，由東向西逐漸變薄。煤層產狀平緩，裂隙發育。

工作面凈面寬210m，推進長度548m，該工作面設計采用的采煤方法為傾斜長壁綜采放頂煤一次采全高全部陷落法。設計采高3.8m，放煤高度4.75m，采取一刀一放，放煤步距確定為0.8m。

1.2 輸電線路現狀

興莊II線110kV、馬青-曲阜220kV高壓輸電線路由西南向東北斜跨三采區中部。興莊II線110kV高壓線塔為角鋼塔，34、35號塔標志高為35.7m，塔高42.2m，基礎根開為5.073m×3.997m，30、31、32、33、36、37、38號 塔 標 志 高 為23.5m，塔 高33.0m，基礎根開為6.628m×6.628m，32、33、36、37、38號為轉角塔；馬青-曲阜220kV高壓線塔為角鋼塔，22、23號塔標志高為35.7m，塔高42.2m，基礎根開為5.073m×3.997m，19、20、21、24、25、26號塔標志高為23.5m，塔高33.0m，基礎根開為6.628m×6.628m，20、21、24、25、26號為轉角塔，線塔基礎及塔的形式見圖1、圖2。

圖1為興莊II線，圖2為馬青-曲阜220kV線塔基礎及塔。

圖1 興莊II線110KV高壓線塔（基礎、塔）

圖2 馬青-曲阜220KV高壓線塔（基礎、塔）

2 沉陷區桿塔移動變形預計

兗州礦區地表移動規律研究成果分析，本區地表移動規律基本符合概率積分模型，因此本區的地表移動和變形預計采用概率積分法預測模型。同時概率積分法也是《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設與壓煤開采規程》中規定的計算方法。根據兗州礦區及興隆莊煤礦巖移成果，結合三采區下部的具體地質條件，通過綜合分析，確定本次預計選用的預計參數分別為：下沉系數：q=0.83；水平移動系數：b=0.277；主要影響角正切值：tgβ=1.8；開采影響傳播角：θ=87o；拐點偏移距：s=0.05H。

開采后，地表及構筑物最大移動變形值見表1和表2

表1 興莊II線110kV高壓輸電線塔最大移動變形值

表2 馬青-曲阜220kV高壓輸電線塔最大移動變形值

圖3 下沉等值線圖（3304下）

圖4 傾斜等值線圖（3304下）

3 開采影響線塔安全性評估

3.1 高壓線塔破壞等級劃分標準

根據DL/T 741-2010架空輸電線路運行規程，有以下規定：

1）桿塔的傾斜、桿塔頂撓度、橫擔的歪斜程度不應超過表3中的要求。

表3 桿塔運行要求

2）導、地線弧垂不應超過設計允許偏差：110kV及以下線路為+6.0%、-2.5%；220 kV及以上線路為+3.0%、-2.5%；

3）導線與地面的距離，在最大計算弧垂情況下，不應小于表4中的最小距離。

表4 導線與地面的最小距離

3.2 線塔受采動影響安全分析

興莊II線110kV高壓輸電線塔受影響的有37、36、35號線塔，影響情況如下：

37號線塔--傾斜極大值1.16mm/m，小于直線桿塔運行要求5mm/m（0.5%），同時也小于基礎運行經驗標準3.175mm/m，水平變形極大值為1.93mm/m，小于基礎根開運行要求4mm/m（0.0004B）。綜合分析認為：該塔受到開采影響，但影響程度較小；

36號線塔--傾斜極大值2.24mm/m，小于直線桿塔運行要求5mm/m（0.5%），同時也小于基礎運行經驗標準3.175mm/m，水平變形極大值為3.37mm/m，小于基礎根開運行要求4mm/m（0.0004B）。綜合分析認為：該塔受到開采影響，但影響程度較小；

35號線塔--傾斜極大值1.20mm/m，小于直線桿塔運行要求5mm/m（0.5%），同時也小于基礎運行經驗標準3.175mm/m，水平變形極大值為1.94mm/m，小于基礎根開運行要求4mm/m（0.0004B）。綜合分析認為：該塔受到開采影響，但影響程度較小。

馬青-曲阜220kV高壓輸電線塔受影響的有25、24、23號線塔，影響情況如下：

25號線塔--傾斜極大值1.96mm/m，小于直線桿塔運行要求5mm/m（0.5%），同時也小于基礎運行經驗標準3.175mm/m，水平變形極大值為3.02mm/m，小于基礎根開運行要求4mm/m（0.0004B）。綜合分析認為：該塔受到開采影響，但影響程度較小；

24號線塔--傾斜極大值5.95mm/m，大于直線桿塔運行要求5mm/m（0.5%），超出標準約19%，同時大于基礎運行經驗標準3.175mm/m，超出標準約87%，水平變形極大值為7.03mm/m，大于基礎根開運行要求4mm/m（0.0004B），超出標準約76%。綜合分析認為：該塔變形超過安全運行規定值，影響其正常使用；

23號線塔--傾斜極大值3.18mm/m，小于直線桿塔運行要求5mm/m（0.5%），同時也大于基礎運行經驗標準3.175mm/m，超出標準約2%，水平變形極大值為4.2mm/m，大于基礎根開運行要求4mm/m（0.0004B），超出標準約5%。綜合分析認為：該塔變形超過安全運行規定值，影響其正常使用。

4 開采中采取的措施

為了能使開采后地表的移動和變形值限定在允許范圍內，在開采中應嚴格遵守以下原則：在整個工作面回采過程中應嚴格按設計進行開采，嚴禁超限開采；在工作面開采過程中要勻速推進，避免長期停留，形成永久性邊界，從而增大建筑物所受的變形；在開采時，要控制開采高度；在整個地表移動過程中，應加強對高壓線定期巡視，發現問題及時采取補救措施；開采過程中應進行地表沉陷觀測；對于興莊II線110kV、馬青-曲阜220kV高壓輸電線，3304下工作面開采時，與相關部門合作，加強巡視，對受影響的線塔進行維護，以保證其安全運行；

5 工作面采后對高壓線塔的影響情況

為了評測3304（下）面開采過程中對高壓線塔的影響狀況，在工作面上方設置了地表巖石移動觀測站，并在線塔基礎上布設變形監測點。通過變形監測，為高壓線的維護治理提供依據，為礦井下一步開采提供可靠的實測數據，指導礦井生產。

各高壓線均存在較均勻沉降。1號高壓線塔最大下沉值為92mm，各點位不均勻下沉量最大值為5mm；2號高壓線塔最大下沉值為83mm，各點位不均勻下沉量最大值為38mm；3號高壓線塔最大下沉值為177mm，各點位不均勻下沉量最大值為64mm；4號高壓線塔最大下沉值為231mm，各點位不均勻下沉量最大值為27mm；5號高壓線塔最大下沉值為98mm，各點位不均勻下沉量最大值為9mm；6號高壓線塔最大下沉值為53mm，各點位不均勻下沉量最大值為6mm。經過計算分析開采實測下沉與預測基本相符，能基本保證線路的正常運行。

表5 工作面高壓線塔觀測成果表 單位：mm

6 結論

本次預計評估拋棄了傳統方法對任意工作面采用矩形剖分的方法計算的缺陷，完全采用積分方法進行計算，減小了剖分誤差，使計算結果更加準確；并可以給出地表最大傾斜、最大曲率、最大水平變形等值線，使開采損害分析變得更為簡單。

在高壓線采動影響區判定中，根據相關規定及有關文獻，其中規定電桿結構根開偏差不得超過0.004B（B為根開）。則由此可近似認為基礎水平變形不應超過4mm/m。此外，根據電力部門的實踐經驗，對于根開在4～7m的自立式直線塔的不均勻沉降量必須控制在12.7～25.4mm之間，才能保證其自身的穩定性。由此可以近似認為基礎傾斜必須控制3.175mm/m～3.629mm/m，為安全起見取最小值為3.175mm/m。

目前，工作面已順利回采完，沉陷區的輸電線路及線塔未發現異常情況，運行狀況良好。