煤矿综放工作面采空区高压线塔加固纠偏方案

孟相龙，刘煜

(中国华电集团内蒙古蒙泰不连沟煤业有限责任公司，内蒙古 准格尔 010303)

0 引言

随着煤炭工业的发展，煤炭采掘量急剧增加，采空区日益扩大，导致地面大量沉降和采空区域内输电线路铁塔基础不均匀沉降，造成铁塔倾斜、位移和变形，甚至引起铁塔内部应力变化，严重威胁着输电线路的安全。国内外虽然也有类似问题的发生，但关于采空区输电铁塔加固纠偏处理技术的研究鲜有报道。本文在搜集和分析国内外解决此类问题的工程实例的基础上，提出了一套高压铁塔实际加固纠偏方案。

1 采空区地表变形对输电线路铁塔的影响

1.1 煤矿采空区地表变形的一般特征

采空区地表变形的形状、大小、速度一般与煤层厚度、开采方式、工艺、埋深、上部岩层强度等因素密切相关。煤层埋深大于200 m时(如煤层较薄)，引起的地表变形会相对小一些；煤层埋深越浅、开采层越厚，引起的地表变形塌陷越大。在通常情况下，煤层上岩层强度对采空区地表的变形形状和深度也有影响，煤层较深、覆盖的岩层强度越高，地表变形塌陷越小。

现代煤炭开采工艺以综合机械化采煤(以下简称综放)为主。综放由于作业面大，向前推进速度快，采空区地表的塌陷随着作业面的推进逐步发生，基本上一次塌陷到位，后期变形较小[1]。一般来说，综放工作面地表变形有3种类型：均匀沉陷、不均匀沉陷及水平变形/水平位移。

1.2 煤矿开采对采空区输电线路铁塔造成的影响

煤矿开采会使采空区的铁塔下沉、倾斜、移位、扭曲，也会使铁塔基础外趴和错台，还会使铁塔杆件应力场剧烈调整、杆件受力性质改变，更会使铁塔失稳倒塌倾覆。采空区对高压输电线路的影响和破坏主要取决于地表变形及破坏类型、规模和速度[1]。当铁塔位于采空区中间时，一般是基础下沉、内收和塔身变形。当铁塔位于采空区边缘时，一侧下沉较多，并向谷底滑落，塔身变形严重[2]。

2 采空区上方高压线塔加固纠偏方案

现将内蒙古蒙泰不连沟煤业有限责任公司不连沟煤业有限责任公司(以下简称不连沟煤业公司)综放工作面上方高压线塔实际加固方案进行研究。该工作面编号为F6203，该工作面采空区上方遇有1个220 kV同塔双回路高压线塔基座，在回采过程中,势必会造成高压线塔基座变形，容易引发供电线路事故。为了保护该工作面采空区上方的高压线塔，现对2种方案进行研究，通过技术经济比较，得出合理的施工方案。

2.1 方案1：F6203综放工作面采空区上方高压线塔搬迁

F6203综放工作面采空区上方高压线塔采取搬迁的方法势必会影响到相邻几个高压线塔的搬迁，而且由于此高压线路为大路镇煤化工厂区的双回路动力电源，如果搬迁的话，只能带电搬迁，故工程难度及工程量会大大增加，所需费用也会大大提高，安全系数也会大幅降低，因此，无法实施该方案，最终决定放弃该方案。

2.2 方案2：F6203综放工作面采空区上方高压线塔加固

F6203综放工作面采空区上方高压线塔加固采取井下、地面2种方法来保证塔基的安全稳定，这样不仅保证了地面的安全用电，同时也保证了F6203综放工作面正常回采，可为不连沟煤业公司节约生产成本，增添了利润。

通过对上述2种方案的比较分析，不连沟煤业公司决定采取采空区上方高压线塔加固的方法(方案2)来保证高压线塔的稳固。

3 方案实施

3.1 F6203综放工作面井下施工方案

从2012年11月17日开始，F6203综放工作面出切眼以外至50 m范围内采煤高度控制在3.0～3.1 m；以高压铁塔为中心(即工作面#95支架)，切眼副帮为边，在长、宽各为50 m(#82支架～#111支架)范围内挂网、打设木垛、单体，并进行注黄泥浆充填(附F6203综放工作面过高压线塔安全技术措施)，截至2012年12月3日，工作面顺利推采切眼以外50 m。

(1)从切眼正帮开始挂网，采用单层#8菱形金属网铺设，金属网搭接长度为200 mm，采用#14铁丝连接金属网，补挂的金属网必须与切眼顶部原网片连接牢固。

(2)工作面每推进2.4 m，就要打设3排单体液压支柱，单体支柱的排距为1 m，布置于木垛两侧。单体施工完成后按设计位置再搭设11个木垛，木垛搭设在两列单体中间，木垛排距为0.4 m，间距为5 m，木垛采用200 mm ×200 mm×2 000 mm的松道木搭设，道木与道木采用把钉固定。用木模板支模对搭设的木垛使用HBT60-13-75型混凝土输送泵通过输送管路进行混凝土充填。

(3)通风队按规定对木垛以外的采空区进行黄泥灌浆。

从2012年11月4日开始，F6203综放工作面从出切眼50 m以外至170 m范围内采煤高度为3.0～3.1 m，采取只割煤不放煤的方式进行回采，截至2012年12月23日，工作面已推采切眼以外170 m。

3.2 地面施工方案

地面铁塔加固采用北京巨能通用技术有限责任公司的整体连续可调基础，具体施工方案如下。

(1)在采空区上方高压线塔的4个方向拉线进行加固。在高压线塔基座的4个方向距基座一定位置打设4个混凝土桩，在混凝土桩中预埋螺栓，用钢丝绳将螺栓与高压线塔塔架连接加固。

(2)地面采取架设辅助高压线塔的方案进行加固。在加固的同时，要对塔基的变形进行密切观察。

3.2.1 沉降观测的基本要求

(1)仪器、设备和人员素质的要求。根据沉降观测精度要求高的特点，为能精确地反映出铁塔基座的沉降情况，规定测量的误差应小于变形值的1/20～1/10。为此，不连沟煤业公司采用深圳索佳集团生产的SDL30M型高精度水准仪进行测量，精度误差为±0.4 mm。地测组要选用测量业务能力较强的人员作为主测，除特殊原因外，不得更换测量人员。

(2)观测时间的要求。在F6203综放工作面未回采前，应对塔基的4个变形观测点进行水准高程测量作为原始数据记录。F6203综放工作面开始回采后，每天对铁塔进行沉降观测，并严格做好数据记录。

(3)观测点的要求。

1)为了能够反映出高压铁塔的准确沉降情况，沉降观测点应布设在最能反映沉降特征且便于观测的位置，宜布设在铁塔基座4个拐角处。

2)回采塌陷区的观测结果表明，塌陷范围向外延伸300 m地表不再受到沉降影响，为此，控制点要布设在塌陷范围外350 m为宜。同时应布设2个控制点，以方便检核。

(4)沉降观测要遵循如下原则：

1)沉降观测所依据的基准点、工作基点和被观测物上的沉降观测点，每个点位要稳定。

2)所用仪器、设备要稳定。

3)观测人员要稳定。

4)观测时的环境条件基本一致。

5)观测路线、镜位、程序和方法要固定。

在沉降观测时，客观上应尽量减少观测误差的不定性，使所测的结果具有统一性，以保证各次复测结果与首次观测的结果相一致，使所观测的沉降量更真实。

(5)施测要求。观测人员对仪器、设备的操作方法与观测程序要熟悉且能正确操作。在首次观测前，所用的仪器必须经计量单位予以鉴定。每次观测前，主测人员必须对仪器的各项指标进行检测校正。在测量过程中，主测人员必须采用双仪高法对测得2组数据进行校核，所用仪器、设备在观测过程中如出现精度不达标等问题，须立即校核。操作人员要相互配合，工作要协调一致、认真仔细，做到步步有校核。

(6)沉降观测精度的要求。

1)由于F6203综放工作面采空区上方高压铁塔附近区域地势相对平缓，因此，环线闭合差应采用

式中：n为测站数；Δh为环线闭合差；∑a为后视读数总和；∑b为前视读数总和。

2)前后视距≤30 m。

3)前后视距差≤1.0 m。

4)前后视距累积差≤3.0 m。

5)两次仪器高测量结果互差≤1.0 mm。

6)采用全站仪测量距离时误差≤3 mm。

3.2.2 具体施测步骤

(1)在铁塔基础上选取4个变形观测点并编号。

(2)采用现场假定坐标法，用全站仪测量出4个变形观测点的距离及位置，其测量结果作为原始数据记录并绘出示意图。

(3)采用悬高法用全站仪测出铁塔高度，其测量结果作为原始数据记录。

(4)利用观测数据计算铁塔的单日下沉量、累计下沉量、倾斜角度、塔顶倾斜量并绘制成表格。

(5)将各次所观测沉降情况及时反馈给有关部门并上报各级领导。

3.2.3 观测中应注意的事项

(1)应严格按测量规范的要求施测。

(2)前后视观测最好用同一水平尺。

(3)必须按照固定的观测路线进行各次观测。

(4)观测时要避免阳光直射，各观测环境应基本一致。

(5)成像要清晰，成像稳定时再读数。

(6)要随时观测，随时校核计算，观测时要一气呵成。

(7)在雨季前后要联测，检查水准点的标高是否有变动。

4 结论

(1)F6203综放工作面地表有2座铁塔，一处在F6203综放工作面切眼位置处，另一处在F6203综放工作面切眼位置外。根据长期的观测记录显示，切眼处铁塔基座累计最大下沉量为1 428 mm，铁塔向东倾斜0°18′，塔顶向东偏移180 mm。不连沟煤业公司及时准确地掌握了铁塔的位移、倾斜、下沉量，为F6203综放工作面顺利通过切眼上方的高压线塔提供准确数据，圆满地完成了综放工作面初采及综放工作面过高压线塔的任务。

(2)不连沟煤业公司执行既定的工作方案，始终将回采距切眼170 m范围内采高控制在3.0～3.1 m，坚持采取“只割煤不放煤”的原则进行回采。顺利推采出距切眼位置170 m，成功通过切眼上方的高压线塔，保障了高压塔基的安全，使其变形量达到了最小，保证了用电线路的畅通；同时也使F6203综放工作面开始正常回采。

(3)综放工作面采空区上方高压线塔的保护技术应用成功的同时，也取得了良好的经济效益。在高压线塔保护期间，F6203综放工作面共生产原煤约22万t，F6203综放工作面采空区上方高压线塔的保护技术的应用共花费450万元，可节约1 750万元。如果采用高压铁塔搬迁方案，则相邻几个高压铁塔都要进行搬迁，将会影响到本地区的其他厂区，预计花费2 000万元，还会大幅降低不连沟煤业公司的经济效益。

参考文献：

[1]张建强，杨昆，王予东，等.煤矿采空区地段高压输电线路铁塔地基处理的研究[J].电网技术，2006，30(2)：30-34.

[2]史振华.采空区输电线路直线自立塔基础沉降及处理方案[J].山西电力技术，1997,17(3):18-20.