500kV集庆线压覆矿产及采空区分析与评价

邢广锐，薛远峰，智 军

(黑龙江省电力勘察设计研究院，哈尔滨 150078)

500kV集庆线压覆矿产及采空区分析与评价

邢广锐，薛远峰，智 军

(黑龙江省电力勘察设计研究院，哈尔滨 150078)

电网建设中输电线路经过采空区尤其是煤矿采空区的现象已属常见，评价采空沉陷对输电线路的影响规律以及采取相应的应对措施，对保障电网的安全稳定运行，具有实践意义。文章通过对线路路径所经煤田地段的压覆矿产情况进行了实地的调查、分析，并对采空区进行了评价，为线路路径方案及铁塔基础方案提供了依据。

电网建设；输电线路；煤矿采空区；影响规律，安全稳定；应对措施

0 前 言

中国煤炭资源丰富，分布范围较广，随着电网建设的快速发展，输电线路经过采空区尤其是煤矿采空区已不可避免。由于目前对采空沉陷影响规律以及应对措施还没有充分认识，因采空沉陷导致输电线路基础产生不均匀沉降、铁塔倾斜、绝缘子串倾斜的事故经常发生，甚至引发过故障跳闸。因此，评价采空沉陷对输电线路的影响规律以及采取相应的应对措施，对保障电网的安全稳定运行，具有实践意义

500kV集庆送电线路位于黑龙江省东部老爷岭山区的低山丘陵区，线路路径方案经过双鸭山和七台河两个煤田。本项目压覆矿产地段主要位于双鸭山煤田的宝山煤矿和东保卫煤矿。线路路径方案经过原宝山煤矿东部、东北部的原宝山煤矿一井、太平井等煤矿矿界外尚未开采的煤层(80#、79#)边缘部分，煤层露头边缘距线路最近距离为150m。根据线路所在宝山煤矿已开采的地表变化情况(最后开采为1992年3月)，煤矿停采十多年后，未发现有地面塌陷、盆地、移动等人为破坏现象。

1 区域构造

双鸭山煤田位于新华夏系第二隆起带三江穆棱河凹陷上。煤田赋存于近东西向，向南凸的弧形逆冲断裂下盘。而宝山煤矿位于煤田的中西部，整体构造形态为走向近东西，倾向南，浅部伴有宽缓褶皱的单斜构造，并被断裂构造复杂化，构造较复杂[1]。

评估区所处的一级大地构造单元为兴凯湖—布列亚山地块区，亚一级大地构造单元为老爷岭地块；二级构造单元有佳木斯隆起带、宝清过渡带。区内发育有岩石圈断裂(深断裂)、壳断裂(大断裂)和一般断裂。断裂方向有北东向、北西向、近南北向等。

评估区及附近主要分布的岩石圈断裂有敦化—密山岩石圈断裂、七台河断裂。敦化—密山岩石圈断裂位于本省东南部，走向NE，由吉林省的敦化延入本省，经穆棱、鸡西、密山、虎林北部过乌苏里江进入俄罗斯境内，省内长度500km。断裂带由两条高角度相对逆冲的主干断裂构成，为“逆地堑式”断裂，地貌上表现为开阔的谷地，东北段与穆棱河谷的分布基本一致。沿断裂可见断层三角面断续分布。断裂带两侧岩石破碎，片理发育，局部具有牵引构造。断裂明显切错了完达山地槽褶皱带，控制了龙爪沟群沉积，其形成时代为里阿斯期中期，以左旋走滑为特征，断裂东南盘向东北平移了约240km。断裂形成以后，受北北东向、北东偏北向及近东西向断裂破坏与改造明显。七台河断裂走向EW—NW，倾向南，分布长度为170km，形成时代为中生代，新生代有活动。属隐伏半弧形基底继承性断裂。断裂性质为张剪性，新生代沿断裂具有岩浆活动，喜马拉雅中期具有玄武岩喷发。断裂与送电线路斜交。

综上所述，区内几条断裂有明显迹象表明最近的活动时期为第三纪，没有明显的地貌特征和其他迹象表明上述断裂近期(全新世)有过活动，为非全新世活动断裂，可不考虑上述断裂对送电线路稳定性的影响。

根据《中国地震动峰值加速度区划图》(GB18306—2001)评估区的地震动峰值加速度<0.05g(相当于地震基本烈度为<6°)；地震动反应谱特征周期为0.35s。评估区属于地壳稳定区。

2 宝山煤矿、东保卫煤矿区地质构造及煤层分布

2.1 地层岩性

本区含煤地层，由城子河组和穆棱组组成。主要以城子河组中、下部含煤段发育最佳，共含煤51层，达到可采和局部可采者16层，自上而下命名为10、30、36、38、41、60、70、73、78、79、80上、80、89、90、105、106上、106中，宝山煤矿、东保卫煤矿开采的煤层均为此组的含煤层。地层倾向南东，倾角15°～25°。

2.2 煤层分布

本区共有可开采的煤层16层，由于当时的沉积环境及后期的构造活动(断层)使煤层分布不均匀，煤层一般多有尖灭，煤层埋藏深度也不一致详见表1。

表1 各开采层煤层厚度表

3 煤田开采及地面塌陷

3.1 煤田开采现状

线路路径方案穿越的煤层，由北向南分别为90、80上、80、79、78、70、41、38、36、30、20、10，地层倾向南东，倾角15°～25°。

东保卫煤矿开采矿界以南煤层埋深较深，一般为-700m，北部煤层露头埋深30～50m。本项目路径方案东部、西部地段范围已开采，形成采空区，仍有大部分正在开采，国有大矿正在开采较深部的煤层(二水平)，小矿开采浅部的煤层，小煤矿分布在路径方案东部(地质队矿)、西部(三和顺矿)，其中三和顺矿距路径较近[2]。

3.2 地面塌陷现状

煤矿开采后，在地面的表现形式主要为地表变形、塌陷盆地和地表塌陷坑。因路径设计方案东、西两侧的宝山煤矿、东保卫煤矿的煤层现在尚未开采，故地表现状无开采后形成的地表变形。但从500kV线路的安全生产运行的角度出发考虑，设计及施工时应按开采后形成的采空进行基础、结构和构造的设计和施工。根据宝山煤矿和东保卫煤矿已经开采形成的采空区现状分析，现场看地表变形中等，地面塌陷成因类型为冒顶型塌陷，塌陷面积应结合煤层顶板的岩性、岩石完整性、煤矿开采方式、采掘工艺、回采情况综合判定，塌陷深度可按煤层累厚的60%～80%进行预测设计。

从宝山煤矿、东保卫煤矿开采后现场已发现的地表倾斜、地表曲率、地表水平变形特点来看，采空区地表变形显著的大多分布在采空区采深采厚比<100的区域。根据煤炭部门与中科院联合对采空区地表变形进行的研究资料显示，采空区采深采厚比>100的区域，地表变形仍然显著。

4 采空区的安全评价

本项目拟建工程为高耸独立的建(构)筑物，大部分基础采用独立基础，钢筋混凝土结构，对下沉都比较敏感，联合基础不允许出现局部沉降。

4.1 地表移动与变形

煤层开采后，采空区上覆岩层产生垮落带、断裂带、弯曲带，在地表形成一个比采空区范围大很多的下沉盆地。下沉盆地内任一点的地表移动过程可分为3个阶段：初始期、活跃期和衰退期。一般规定衰退期从活跃期结束时开始，到6个月内下沉值≤30mm为止。在按照规程规定的“移动稳定”后，实际上地表还有少量残余下沉量，这个残余下沉量将持续相当长一段时间，与开采深度、覆岩性质、顶板管理方法等有关。

4.2 采空区对输电线路的影响

采空区是指地下矿产被采出后留下的空洞区。在矿产被采出后，上覆岩层的原始应力平衡遭到破坏，采空区周围的岩层失去支撑，而向采空区内逐渐移动，上覆岩层随之产生变形、离层、裂缝甚至破坏垮落，岩层和地表的移动过程将持续发展到所有被采动岩层都达到新的平衡为止。这个过程称为“矿山开采沉陷”，其范围称为开采沉(塌)陷区。矿山开采沉陷程度与覆岩的性质、产状、埋深、开采规模、开采方法以及顶板管理方法等有关。采空区对地表的影响主要是垂直方向的移动和变形(沉降、倾斜、曲率)与水平方向的移动和变形(水平移动、拉伸和压缩)。受采空区地表沉陷的影响，输电线路杆塔基础可能发生下沉、倾斜、移位、扭曲等破坏，基础外趴、错台，进而使杆塔的根开和各塔腿高差发生变化，塔体结构产生较大的附加应力，并可能导致导线对地距离、电气间歇等产生变化，直接威胁铁塔安全及整个线路的稳定运行。

根据各煤矿提供的相关煤层开采、回采情况及现场调查资料，采空区采深采厚比<100的区域产生地表塌陷的可能性比较大，线路路径方案布置在采深采厚比<100的区域是不稳定和不安全的，危险性大，对送电线路建(构)筑物的安全运行影响较大。二煤矿可开采煤层采深采厚比见表2。

表2 二煤矿可采用煤层采深采厚比表

根据对未来开采形成的采空区预测分析，建议线路路径J6转角向北移动150m，线路即可避开采深采厚比为20(35～50/2.5=14～20)的危险区域。N55、N56分别向北、南二方向移动也可避开采深采厚比为<30(20.46～22.30)的危险区域。跨过采深采厚比为<30的危险区域。根据上述分析评价可以安全确定塔位的位置。本段路径从煤矿区中通过是可行的。

6 结 论

线路通过宝山、东保卫煤矿区，有部分区域采空区的采深采厚比为<30。采空区的采深采厚比不满足相关规程、规范的要求。对于布置在采空区的采深采厚比<30及<100区域的塔位建(构)筑物，应采取安全可靠的技术设计方案和原则，通过采用基础的结构措施、塔的构造措施消除地表变形对塔位安全运行的影响和隐患。

[1]中华人民共和国发展和改革委员会.DL/T5122—2000500kV 架空送电线路勘测技术规程[S].北京：中国电力出版社，2000.

[2]中国电力企业联合会.GB50548-2010330kV～750kV架空输电线路勘测规范[S].北京：中国计划出版社，2010.

AnalysisandEvaluationofMineralResourcesbelowProjectandGoafAreafor500kVJiqingLine

XING Guang-rui；XUE Yuan-feng and ZHI Jun

(Heilongjiang Province Power Investigation and Design Institute，Harbin 150078，China)

Transmission line often goes through goaf area in the power grid construction，especially goes through coal mine goaf area.It has practical significance and guarantees the safety of power grid to evaluate the impact of goaf sink on the transmission line and take the correspondent measures.Through the on-site investigation，analysis and evaluation for the mineral resources below the transmission line，the design basis of the plan path and scheme of tower foundation are provide.

power grid construction；transmission line；coal mine goaf；impact law；safety and stability；countermeasures

1007-7596(2014)10-0004-03

2014-04-22

邢广锐(1982-)，男，辽宁朝阳人，工程师；薛远峰(1964-)，男，吉林郭化人，高级工程师；智军(1980-)，男，黑龙江齐齐哈尔人，工程师。

TV736

A