壓覆煤層開采對輸變電工程建設影響研究

王文慧 王高尚 李躍龍

（大地工程開發（集團）有限公司）

為優化電網結構，提高供電可靠性，滿足用電負荷增長和電源送出需要，擬實施區域輸變電工程項目建設。但擬建線路壓覆南桐井田范圍內南桐煤礦和深部接替資源勘查區煤炭資源，為保證輸變電工程可以正常建設、安全運行，并且不造成煤炭資源壓覆，采用概率積分法和離散點預計分析計算壓覆煤層開采對擬建110 kV輸變電工程穩定性的影響程度。

1 井田地質采礦條件

南桐井田地面標高為+298.33～+415.62 m，南桐煤礦壓覆區域開采標高為+300～-700 m，接替資源勘查區開采標高為-450～-900 m，礦井開采二疊系龍潭組K1、K2、K3煤層，煤層傾角36～39°，全部垮落法管理頂板。其中K1煤層厚為0～3.64 m，平均厚度為1.48 m；K2煤層厚為0～1.55 m，平均厚度為0.91 m，上距K3煤層平均為22.99 m，下距K1煤層平均為14.73 m；K3煤層厚為0～4.6 m，平均厚度為2.94 m。

2 輸變電工程及壓覆資源情況

輸電線路路徑長約為3 km，擬建塔位12座，塔位編號N1～N12，單個塔位占地面積約為10×10 m2，桿塔型式采用國家電網公司輸變電工程典型設計2011年版中1D1、1D2系列自立式鐵塔，塔架為角鋼塔，基礎形式為樁基礎，110 kV輸變電工程塔位特征見表1。

注：N2的檔距指N1到N2的距離，N3的檔距指N2到N3的距離，以此類推。

擬建工程壓覆南桐煤礦K1、K2、K3煤層煤炭（111b+2S22）資源量為1 051 kt。壓覆南桐煤礦接替資源勘區K1、K2、K3煤層資源量（111b+122b+333）為800萬t（其中，壓覆禁采區（Ⅰ1-2）內煤炭資源量（333）為439.4萬t，壓覆禁采區外煤炭資源量（111b+122b+333）為432.3萬t）。擬建輸變電線路與平山、南桐組團規劃區禁采區關系如圖1所示，擬建輸變線路與礦權關系如圖2所示。

3 地表沉陷預計及離散點計算

因開采的煤層為傾斜煤層，所以采取目前在我國廣泛使用的概率積分法進行預計［1-2］，通過收集南桐礦區及類似礦區地表移動與變形預計參數，綜合分析確定預計參數：下沉系數為0.85，水平移動系數為0.32，主要影響角正切1.6（上山）和1.3（下山），影響傳播系數為0.6，拐點偏移距為0.05Hc（Hc為采深，m），計算結果見表2所示。為了便于分析地表移動變形對線路高壓鐵塔的影響情況，對涉及壓覆的高壓線塔N1～N12的4個獨立基礎進行了離散點預計，現以N1、N2這2座變形最嚴重的高壓線塔為例進行分析，計算結果如表3所示。

4 壓覆煤層開采輸電工程穩定性分析

（1）對高壓線塔傾斜度及橫擔歪斜度的影響。根據計算結果，N1～N12塔均未超過《架空輸電線路運行規程》中“角鋼塔的傾斜度（包括撓度）允許范圍不超過為5‰”的規定。

（2）對高壓輸電線路近地距離的影響。N1和N2鐵塔處的預計地表下沉值分別為W1=2 100 mm，W2=2 377 mm，高壓線塔的高度H1=33 m，H2=36.2 m；高壓線塔順線路方向的傾斜度為i1=2.58 mm/m，i2=1.06 mm/m，α1=0.147 8°，α2=0.060 7°。受采動影響N1與N2鐵塔之間的近地距離最大變化量為H1（1-cosα1）-H2（1-cosα2）-（W1-W2）=277.09 mm，對線路近地距離影響較小，按設計可保證線路近地距離的安全。

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（3）對高壓輸電線路檔距的影響。N1與N2鐵塔之間的原始檔距為L=334 m，N1鐵塔中心處：ix1=2.58 mm/m，iy1=2.42 mm/m，Ux1=268 mm，Uy1=-182 mm；N2鐵塔中心處：ix2=1.06 mm/m，iy2=2.55 mm/m，Ux2=-25 mm，Uy2=-212 mm。

水平移動對檔距的影響［3-5］：

傾斜對檔距的影響［3-5］：

懸垂串傾斜對檔距的影響［3-5］：

上述式中，δx1、δy1與δx2、δy2分別為N1、N2鐵塔懸垂串在x、y方向上的分量。

檔距變化L=L1+L2+L3=-340 mm，小于1.113 m（原始檔距334 m/300），滿足《架空輸電線路運行規程》中規定的順線路方向兩相鄰高壓線塔間的距離偏差不得大于檔距1/300的標準。

（4）對高壓輸電線路高差的影響。采動對高壓輸電線路高差的變化可以看成3個部分的組合：高壓線塔下沉引起的高差變化、高壓線塔傾斜引起的高差變化和懸垂串傾斜引起的高差變化［3-5］。

下沉不均勻對高差的影響：

傾斜對高差的影響：

懸垂串傾斜對高差的影響：

煤炭開采后，N1和N2鐵塔之間的高差變化：Δh=Δh1+Δh2+Δh3=277-0.09+0=276.91 mm，N1和N2鐵塔之間的高差減小了276.91 mm。

（5）對高壓線塔基礎根開及轉角的影響。基礎根開是指相鄰兩基礎中心間的水平距離，高壓線塔轉角是指當線路變化時高壓線塔連線與原來線路的正、側面根開變化偏差為0.009 m、0.01 m，N2為0.01 m、0.015 m，符合“高壓線塔根開不超過0.004B（B為采前根開）”的規定，如圖3所示。

5 結 論

（1）通過概率積分法預計壓覆煤層開采結束后，110 kV輸變電工程（線路部分）N1～N12線塔受采動影響，損害程度達到Ⅱ級輕度損壞。

（2）通過線塔獨立基礎離散點預計，分析了地表移動變形對高壓線塔傾斜和橫擔傾斜度、近地距離、線路檔距、高差、結構根開偏差、線路轉角等線路各元素的影響，得到壓覆煤層開采結束后輸變電工程（線路部分）N1～N12線塔運行標準均在相關規程規范夾角。據鐵塔四基礎離散點預計結果和表1中采前各鐵塔塔位采前正、側基礎根開，得到受采動影響線路的轉角θ及各高壓線塔的基礎根開偏差，N1鐵塔的范圍內，線塔可以按照設計正常建設。