煤炭采空区输电线路的运行特点和事故防范措施

王培青

（薛家湾供电局，内蒙古 鄂尔多斯 010300）

随着我国经济和采矿事业的不断发展,一些矿区特别是浅埋煤矿的开采,引起地面下沉、凹陷甚至坍塌,给经过或坐落于矿区上的高压输电杆塔、线路造成了很大的威胁和危害。薛家湾地区地下煤炭储藏丰富，地下开采已有几十年的历史，由于地理空间的局限性，220kV薛家湾变电站周围的部分输电线路杆塔处以采空区上，给输电线路的安全稳定运行埋下了极大的安全隐患。特别2005年4月27日110kV古东线20#铁塔整体塌陷故障的发生，为采空区上方输电线路安全运行维护敲响了警钟。所以，在日常的运行维护中，要准确掌握采空区上方线路的运行特点，采取切实有效的事故防范措施，避免事故的发生。

1 薛家湾地区煤炭采空区输电线路的运行概况

1.1 运行概况

220kV薛家湾变电站东侧，分布着几个中小型煤矿，已开采几十年，部分已关停。由于薛家湾变电站是蒙西电网重要的枢纽站，进出线较为密集，线路不可避免的要经过这些煤炭采空区。随着运行时间的不断增加，因采空区带来的不安全现象也日渐突显。

1.2 出现的不安全现象

220kV薛长线2004年投入运行，15#、16#塔位于原军区煤矿上方，2008年5月，距15#东侧150m处发生地表塌陷，形成直径约20m，深15m的塌陷坑。后进行回填夯实。

110kV薛城Ⅰ回 1993年投入运行，29#—34#杆塔位于阳沟煤矿上方，2009年发现30#塔基础周围地表裂缝严重，并出现多处小型塌陷坑。后经重新设计，将该塔顺线路进行位移（仍在采空区上方），避开塌陷区，改用板式基础，增大受力面。

110kV薛窑线1997年投入运行，其薛窑段31#—39#杆塔位于杨树沟煤矿上方，2010年发现 34#杆顺线路倾斜严重，经现场测量为杆高的23‰，超出《架空送电线路现场运行规程》规定的15‰。绝缘子、地线悬垂线夹顺线路偏移，基础周围地表出现裂缝，距电杆9m处有小型塌陷坑。在34#杆两侧各增设两组拉线，利用拉线将该杆进行复位，并对绝缘子、地线悬垂线夹进行调整。

2 薛家湾地区煤炭采空区输电线路的运行特点

2.1 采空区分布情况复杂

薛家湾地区地下煤炭分布广，煤层浅，容易开采。解放前后，当地群众开始零星开采，70年代以后，随着乡办企业的兴起，煤炭开采进入规模化，开采矿井逐渐增多。但由于缺乏合理规划，政府和有关部门没有进行有效监督，煤炭开采较为混乱，造成矿井的分布情况复杂，加之部分矿井已停产或关闭多年，井下的开采情况无法准确掌握，致使供电部门和电力设计部门在输电线路施工和运行中不能准确了解采空区的分布情况和开采情况，不利于事故防范措施的制定和实施。

2.2 采空区地质变化特殊

薛家湾地区地形较为复杂，沟壑纵横，以土丘为多，地表多为黄土，土质比较疏松，并且该地区的煤层较浅，一但开采过量会导致地面塌陷或者开裂等情况，这样的地质变化对输电线路杆塔造成了严重的危害，采空区严重地区已经有铁塔倾斜，严重影响了薛家湾地区输电线路的安全稳定运行。

2.3 季节性变化对采空区的影响

薛家湾地区的季节性变化对采空区的影响较为严重，尤其是冬春交替季节，冬季冻土使地质硬化，杆塔倾斜不明显，但春季开化，导致地面疏松，给采空区上的杆塔带了严重的危害。夏末秋初多雨季节也是危险季节，该地区多为松土，经雨水冲击，土质更为松软，并且该地区的煤层开采较浅，造成处于采空区地带杆塔倾斜，更为严重会使杆塔塌陷。

3 事故防范措施

3.1 杆塔在线检测

目前我局的大部分输电线路处以采空区上，110kV薛清线 30#由于采空区沉陷被迫杆塔移位。而 220kV薛长线、万薛线、薛准I、II回大部分杆塔处于采空区上，给线路的安全稳定运行埋下了极大的隐患，采取常规的巡视监控不能及时发现，当巡视发现地面沉降时，输电线路已处于危险状态。安装输电线杆塔在线监测，能够及早发现采空区的沉陷情况，并及时对杆塔的倾斜进行处理，防止到杆断线事故发生。

输电线路杆塔在线监测系统主要通过杆塔倾斜传感器和数据采集终端，采用程序设计传输时间间隔，定时将杆塔顺线路及垂直线路方向的倾斜角度数据传输至后台控制中心，通过对所采集数据的曲线分析，可以及时判断杆塔倾斜的发展趋势，在达到报警状态时及时处理，是对于采空区输电线路杆塔安全进行在线状态监测的一种有效手段。

3.2 可调试井字梁改造

可调试井字梁改造是根据采空区内杆塔基础倾斜、下沉情况对其基础进行调平，弱化采空区地质变化对输电线路运行的影响，提高线路运行的可靠性。

对煤矿采空区杆塔运行安全产生威胁的大小主要取决于采空区地表的变形、破坏的形式、程度和过程，而这些因素的变化与所开采的煤层厚度、覆盖层厚度、强度、完整性有很大关系，其中煤层厚度和覆盖层厚度是关键因素；我们用Hm代表煤层厚度，用 Hy代表覆盖层厚度，深厚比r=HH；Hs代表覆盖层内岩石层的厚度，岩厚比ρ=；在大量统计整理采空区地表变形特征资料基础上，通过理论分析并结合实践认定：21 r 110 2.7× 10 ≤ ≤ 8.9 10的情况下可使用可调式井字梁基础进行改造。可调式井字梁基础长 15m，深2m，宽0.8m，并将可调式井字梁基础和杆塔基础一体式捆绑，基础调整范围 0～3m。可调试井字梁是目前防范采空区最好的方法。

图1 薛城Ⅰ回8号塔可调试基础运行情况

3.3 加大巡视密度

为了有效防止采空区带来的隐患，加大巡视密度也是较为有效的方法，采用专人专管的策略，对处于采空区地带的杆塔派专人巡视，及时记录采空区恶化的程度，同时缩短巡视周期，由以往的一周一巡改为隔三天一巡，这样能更好的、准确的掌握采空区变化的第一手资料，为消除采空区隐患提供了有效的基础。

3.4 线路切改

线路切改方案是在以上预防措施都无法实施，并且采空区地表变化达到严重情况时采用的最终办法，由于薛家湾地区开采煤矿地段较多，在切改线路时选择安全的新址犹为重要，目前我局所管辖线路已经成功切改了路薛Ⅰ、Ⅱ回，使该条线路稳定系数提高，避免了采空区带来的危害。

4 结论

煤矿采空区,是煤炭城市建筑设计经常遇见的一种特殊地质条件.由于采空区局部地表沉陷产生的不均匀沉降，往往引起地面建筑产生裂缝，甚至倾覆，影响使用。杆塔是输电线路的重要组成部分之一，输电线路的安全运行对于保证向用户不间断地供电至关重要。薛家湾地区浅埋煤矿的开采,引起地面下沉、凹陷甚至坍塌，给经过或坐落于矿区上的高压输电杆塔、线路造成了很大的威胁和危害。通过分析采空区的特点，找出有效的防范措施，确保该地区电网安全、稳定运行。

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