综放采煤沉陷区输电线路安全评估方法_于德亮.pdf

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 ） 摘要 兴隆庄煤矿三采区下部上方存在兴庄 II 线 110kV、 马青 - 曲阜 220kV 高压输电线各一路,由 于采取了精准变形预计和分析,在高压线未搬迁情况下， 顺利采出了高压线下压覆的煤炭资源， 提高 了资源的回收利用率。 本文针对兴隆庄煤矿高压线下压煤开采实践进行了分析总结。 进行精准预测表 明， 开采与治理技术在有效掌控地表变形和高压线塔及时维护的前提下,可实现煤炭资源的安全合理 回收， 高压线下压煤开采具有重要的指导意义。 关键词 高压线 ； 开采预计 ； 安全评估 中图分类号 TM75文献标志码 A文章编号 1009- 0797 （2020 ） 06- 0123- 04 Safety uation of Transmission Lines in Subsidence Area Caused by Fully Mechanized Coal Mining YU Deliang, WANGLei , LIUKang （XinglongzhuangCoal Mine , Luzhou 272102 ， China ） Abstract There is a 110kV Xingzhuang II line and a 220kV Maqing- Qufu high voltage transmission line above the lower part of the third mining area of Xinglongzhuang Coal Mine. Due to accurate deation prediction and analysis, the high- voltage line was successfully mined without the high- voltage line being relocated The overwhelmed coal resources have improved the recycling rate of resources. This article analyzes and summarizes the coal mining practice under the high- pressure line in Xinglongzhuang Coal Mine. Accurate prediction shows that the mining and treatment technology can effectively control the safety of the coal resources under the premise of effective control of ground deation and timelymaintenance ofhigh- voltage line towers. Coal miningunder high- pressure lines has important guidingsignificance. Keywords high voltage line ; miningprediction ; safetyassessment 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 0.020.03m， 岩性为粉砂岩； 另一层夹矸位于 3 煤底 板之上 2.704.20m 处， 厚 0.200.40m， 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 5.073m3.997m， 30、 31、 32、 33、 36、 37、 38 号 塔 标 志 高 为 23.5m， 塔 高 33.0m，基础根开为 6.628m6.628m， 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 5.073m3.997m， 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。 煤矿现代化2020 年第 6 期总第 159 期 123 ChaoXing 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q0.83； 水平移动 系数b0.277； 主要影响角正切值tgβ1.8； 开采 影响传播角 θ87o； 拐点偏移距s0.05H。 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 煤矿现代化2020 年第 6 期总第 159 期 下沉 mm 垂直线路方向沿线路方向最大变形 倾斜 mm /m 曲率 mm /m2 水平 变形 mm /m 倾斜 mm /m 曲率 mm /m2 水平 变形 mm /m 倾斜 mm /m 曲率 mm /m2 水平 变形 mm /m 37103- 1.03 0.0251.48- 1.120.0311.781.160.0331.93 36198- 2.17 0.0553.12- 0.72 - 0.002 - 0.132.240.0593.37 35110- 1.02 0.0231.320.640.0060.341.200.0341.94 下沉 mm 垂直线路方向沿线路方向最大变形 倾斜 mm /m 曲率 mm /m2 水平 变形 mm /m 倾斜 mm /m 曲率 mm /m2 水平 变形 mm /m 倾斜 mm /m 曲率 mm /m2 水平 变形 mm /m 25161- 1.60 0.0331.91- 1.93 0.0132.921.960.0523.02 24396- 5.80 0.1156.59- 2.40 0.004 - 0.605.950.1237.03 23220- 2.43 0.0382.152.050.0211.223.180.0744.20 类别 钢筋混凝 土电杆 钢管杆角钢塔钢管塔 直线杆塔倾斜度 （包括扰度 ） 1.5 0.5（倾 斜 度 ） 0.5 （适用于 50m 及 以 上 高度铁塔 ） 0.5 直线转角杆最大挠度0.7 转角和终端杆 66kV及以下最大挠度 1.5 转角和终端杆 110kV 220kV及以下最大挠度 2 杆塔横担歪斜度1.01.00.5 地区类别 线路电压 （kV ） 66- 110220330500750 居民区 （m ）7.07.58.51419.5 非居民区 （m ）6.06.57.511 （10.5） 15.5 （13.7） 交通困难地区 （m ）5.05.56.58.511 124 ChaoXing 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 （下转第 128 页 ） 煤矿现代化2020 年第 6 期总第 159 期 塔基号 一期 变化量 二期 变化量 三期 变化量 四期 变化量 五期 变化量 六期 变化量 七期 变化量 八期 变化量 九期 变化量 25- 8- 4- 32- 44112- 69- 79- 82- 92 37- 20- 15- 37- 44118- 65- 73- 76- 83 36- 96- 107- 125- 137114- 156- 163- 168- 177 24- 84- 115- 148- 176106- 202- 213- 218- 231 23- 27- 38- 51- 59103- 79- 86- 91- 98 35- 13- 17- 23- 23101- 40- 44- 48- 53 125 ChaoXing