综放采煤沉陷区输电线路安全评估方法

于德亮，王 磊，刘 康

（兴隆庄煤矿，济宁 兖州272102）

0 引言

兴隆庄煤矿三采区下部位于矿井的东北部，区内地势平坦，地面标高+49.2～+52.0m。地面有兴庄II线110kV、马青-曲阜220kV高压输电线各一路。三采区下部首采3304（下）综放工作面位于两路输电线路的南部，工作面开采必将对两路输电线路产生影响。

为确保线路正常安全供电，对两路输电线路受影响的线塔进行预计分析，并对供电安全性进行评估，明确开采中需要采取的措施，在线路未进行迁改的情况下，顺利完成了3304（下）工作面的回采，提高了资源回收利用率，缓解了矿井生产接续紧张的局面。

1 工作面开采地质条件及输电线路现状

1.1 工作面开采地质条件

本面所采煤层为下二叠统山西组底部之3煤，煤层厚度最小8.1m，煤层厚度 最大9.2m，平均8.55m。可采指数为1；煤层结构复杂，含两层夹矸：一层夹矸位于3煤底板之上5.50-5.80m处，厚0.02～0.03m，岩性为粉砂岩；另一层夹矸位于3煤底板之上2.70～4.20m处，厚0.20～0.40m，岩性为泥岩或粉砂岩，由东向西逐渐变薄。煤层产状平缓，裂隙发育。

工作面净面宽210m，推进长度548m，该工作面设计采用的采煤方法为倾斜长壁综采放顶煤一次采全高全部陷落法。设计采高3.8m，放煤高度4.75m，采取一刀一放，放煤步距确定为0.8m。

1.2 输电线路现状

兴庄II线110kV、马青-曲阜220kV高压输电线路由西南向东北斜跨三采区中部。兴庄II线110kV高压线塔为角钢塔，34、35号塔标志高为35.7m，塔高42.2m，基础根开为5.073m×3.997m，30、31、32、33、36、37、38号 塔 标 志 高 为23.5m，塔 高33.0m，基础根开为6.628m×6.628m，32、33、36、37、38号为转角塔；马青-曲阜220kV高压线塔为角钢塔，22、23号塔标志高为35.7m，塔高42.2m，基础根开为5.073m×3.997m，19、20、21、24、25、26号塔标志高为23.5m，塔高33.0m，基础根开为6.628m×6.628m，20、21、24、25、26号为转角塔，线塔基础及塔的形式见图1、图2。

图1为兴庄II线，图2为马青-曲阜220kV线塔基础及塔。

图1 兴庄II线110KV高压线塔（基础、塔）

图2 马青-曲阜220KV高压线塔（基础、塔）

2 沉陷区杆塔移动变形预计

兖州矿区地表移动规律研究成果分析，本区地表移动规律基本符合概率积分模型，因此本区的地表移动和变形预计采用概率积分法预测模型。同时概率积分法也是《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》中规定的计算方法。根据兖州矿区及兴隆庄煤矿岩移成果，结合三采区下部的具体地质条件，通过综合分析，确定本次预计选用的预计参数分别为：下沉系数：q=0.83；水平移动系数：b=0.277；主要影响角正切值：tgβ=1.8；开采影响传播角：θ=87o；拐点偏移距：s=0.05H。

开采后，地表及构筑物最大移动变形值见表1和表2

表1 兴庄II线110kV高压输电线塔最大移动变形值

表2 马青-曲阜220kV高压输电线塔最大移动变形值

图3 下沉等值线图（3304下）

图4 倾斜等值线图（3304下）

3 开采影响线塔安全性评估

3.1 高压线塔破坏等级划分标准

根据DL/T 741-2010架空输电线路运行规程，有以下规定：

1）杆塔的倾斜、杆塔顶挠度、横担的歪斜程度不应超过表3中的要求。

表3 杆塔运行要求

2）导、地线弧垂不应超过设计允许偏差：110kV及以下线路为+6.0%、-2.5%；220 kV及以上线路为+3.0%、-2.5%；

3）导线与地面的距离，在最大计算弧垂情况下，不应小于表4中的最小距离。

表4 导线与地面的最小距离

3.2 线塔受采动影响安全分析

兴庄II线110kV高压输电线塔受影响的有37、36、35号线塔，影响情况如下：

37号线塔--倾斜极大值1.16mm/m，小于直线杆塔运行要求5mm/m（0.5%），同时也小于基础运行经验标准3.175mm/m，水平变形极大值为1.93mm/m，小于基础根开运行要求4mm/m（0.0004B）。综合分析认为：该塔受到开采影响，但影响程度较小；

36号线塔--倾斜极大值2.24mm/m，小于直线杆塔运行要求5mm/m（0.5%），同时也小于基础运行经验标准3.175mm/m，水平变形极大值为3.37mm/m，小于基础根开运行要求4mm/m（0.0004B）。综合分析认为：该塔受到开采影响，但影响程度较小；

35号线塔--倾斜极大值1.20mm/m，小于直线杆塔运行要求5mm/m（0.5%），同时也小于基础运行经验标准3.175mm/m，水平变形极大值为1.94mm/m，小于基础根开运行要求4mm/m（0.0004B）。综合分析认为：该塔受到开采影响，但影响程度较小。

马青-曲阜220kV高压输电线塔受影响的有25、24、23号线塔，影响情况如下：

25号线塔--倾斜极大值1.96mm/m，小于直线杆塔运行要求5mm/m（0.5%），同时也小于基础运行经验标准3.175mm/m，水平变形极大值为3.02mm/m，小于基础根开运行要求4mm/m（0.0004B）。综合分析认为：该塔受到开采影响，但影响程度较小；

24号线塔--倾斜极大值5.95mm/m，大于直线杆塔运行要求5mm/m（0.5%），超出标准约19%，同时大于基础运行经验标准3.175mm/m，超出标准约87%，水平变形极大值为7.03mm/m，大于基础根开运行要求4mm/m（0.0004B），超出标准约76%。综合分析认为：该塔变形超过安全运行规定值，影响其正常使用；

23号线塔--倾斜极大值3.18mm/m，小于直线杆塔运行要求5mm/m（0.5%），同时也大于基础运行经验标准3.175mm/m，超出标准约2%，水平变形极大值为4.2mm/m，大于基础根开运行要求4mm/m（0.0004B），超出标准约5%。综合分析认为：该塔变形超过安全运行规定值，影响其正常使用。

4 开采中采取的措施

为了能使开采后地表的移动和变形值限定在允许范围内，在开采中应严格遵守以下原则：在整个工作面回采过程中应严格按设计进行开采，严禁超限开采；在工作面开采过程中要匀速推进，避免长期停留，形成永久性边界，从而增大建筑物所受的变形；在开采时，要控制开采高度；在整个地表移动过程中，应加强对高压线定期巡视，发现问题及时采取补救措施；开采过程中应进行地表沉陷观测；对于兴庄II线110kV、马青-曲阜220kV高压输电线，3304下工作面开采时，与相关部门合作，加强巡视，对受影响的线塔进行维护，以保证其安全运行；

5 工作面采后对高压线塔的影响情况

为了评测3304（下）面开采过程中对高压线塔的影响状况，在工作面上方设置了地表岩石移动观测站，并在线塔基础上布设变形监测点。通过变形监测，为高压线的维护治理提供依据，为矿井下一步开采提供可靠的实测数据，指导矿井生产。

各高压线均存在较均匀沉降。1号高压线塔最大下沉值为92mm，各点位不均匀下沉量最大值为5mm；2号高压线塔最大下沉值为83mm，各点位不均匀下沉量最大值为38mm；3号高压线塔最大下沉值为177mm，各点位不均匀下沉量最大值为64mm；4号高压线塔最大下沉值为231mm，各点位不均匀下沉量最大值为27mm；5号高压线塔最大下沉值为98mm，各点位不均匀下沉量最大值为9mm；6号高压线塔最大下沉值为53mm，各点位不均匀下沉量最大值为6mm。经过计算分析开采实测下沉与预测基本相符，能基本保证线路的正常运行。

表5 工作面高压线塔观测成果表 单位：mm

6 结论

本次预计评估抛弃了传统方法对任意工作面采用矩形剖分的方法计算的缺陷，完全采用积分方法进行计算，减小了剖分误差，使计算结果更加准确；并可以给出地表最大倾斜、最大曲率、最大水平变形等值线，使开采损害分析变得更为简单。

在高压线采动影响区判定中，根据相关规定及有关文献，其中规定电杆结构根开偏差不得超过0.004B（B为根开）。则由此可近似认为基础水平变形不应超过4mm/m。此外，根据电力部门的实践经验，对于根开在4～7m的自立式直线塔的不均匀沉降量必须控制在12.7～25.4mm之间，才能保证其自身的稳定性。由此可以近似认为基础倾斜必须控制3.175mm/m～3.629mm/m，为安全起见取最小值为3.175mm/m。

目前，工作面已顺利回采完，沉陷区的输电线路及线塔未发现异常情况，运行状况良好。