于德亮，王 磊，劉 康

（興隆莊煤礦，濟(jì)寧 兗州272102）

0 引言

興隆莊煤礦三采區(qū)下部位于礦井的東北部，區(qū)內(nèi)地勢平坦，地面標(biāo)高+49.2～+52.0m。地面有興莊II線110kV、馬青-曲阜220kV高壓輸電線各一路。三采區(qū)下部首采3304（下）綜放工作面位于兩路輸電線路的南部，工作面開采必將對(duì)兩路輸電線路產(chǎn)生影響。

為確保線路正常安全供電，對(duì)兩路輸電線路受影響的線塔進(jìn)行預(yù)計(jì)分析，并對(duì)供電安全性進(jìn)行評(píng)估，明確開采中需要采取的措施，在線路未進(jìn)行遷改的情況下，順利完成了3304（下）工作面的回采，提高了資源回收利用率，緩解了礦井生產(chǎn)接續(xù)緊張的局面。

1 工作面開采地質(zhì)條件及輸電線路現(xiàn)狀

1.1 工作面開采地質(zhì)條件

本面所采煤層為下二疊統(tǒng)山西組底部之3煤，煤層厚度最小8.1m，煤層厚度 最大9.2m，平均8.55m。可采指數(shù)為1；煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，含兩層夾矸：一層夾矸位于3煤底板之上5.50-5.80m處，厚0.02～0.03m，巖性為粉砂巖；另一層夾矸位于3煤底板之上2.70～4.20m處，厚0.20～0.40m，巖性為泥巖或粉砂巖，由東向西逐漸變薄。煤層產(chǎn)狀平緩，裂隙發(fā)育。

工作面凈面寬210m，推進(jìn)長度548m，該工作面設(shè)計(jì)采用的采煤方法為傾斜長壁綜采放頂煤一次采全高全部陷落法。設(shè)計(jì)采高3.8m，放煤高度4.75m，采取一刀一放，放煤步距確定為0.8m。

1.2 輸電線路現(xiàn)狀

興莊II線110kV、馬青-曲阜220kV高壓輸電線路由西南向東北斜跨三采區(qū)中部。興莊II線110kV高壓線塔為角鋼塔，34、35號(hào)塔標(biāo)志高為35.7m，塔高42.2m，基礎(chǔ)根開為5.073m×3.997m，30、31、32、33、36、37、38號(hào) 塔 標(biāo) 志 高 為23.5m，塔 高33.0m，基礎(chǔ)根開為6.628m×6.628m，32、33、36、37、38號(hào)為轉(zhuǎn)角塔；馬青-曲阜220kV高壓線塔為角鋼塔，22、23號(hào)塔標(biāo)志高為35.7m，塔高42.2m，基礎(chǔ)根開為5.073m×3.997m，19、20、21、24、25、26號(hào)塔標(biāo)志高為23.5m，塔高33.0m，基礎(chǔ)根開為6.628m×6.628m，20、21、24、25、26號(hào)為轉(zhuǎn)角塔，線塔基礎(chǔ)及塔的形式見圖1、圖2。

圖1為興莊II線，圖2為馬青-曲阜220kV線塔基礎(chǔ)及塔。

圖1 興莊II線110KV高壓線塔（基礎(chǔ)、塔）

圖2 馬青-曲阜220KV高壓線塔（基礎(chǔ)、塔）

2 沉陷區(qū)桿塔移動(dòng)變形預(yù)計(jì)

兗州礦區(qū)地表移動(dòng)規(guī)律研究成果分析，本區(qū)地表移動(dòng)規(guī)律基本符合概率積分模型，因此本區(qū)的地表移動(dòng)和變形預(yù)計(jì)采用概率積分法預(yù)測模型。同時(shí)概率積分法也是《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設(shè)與壓煤開采規(guī)程》中規(guī)定的計(jì)算方法。根據(jù)兗州礦區(qū)及興隆莊煤礦巖移成果，結(jié)合三采區(qū)下部的具體地質(zhì)條件，通過綜合分析，確定本次預(yù)計(jì)選用的預(yù)計(jì)參數(shù)分別為：下沉系數(shù)：q=0.83；水平移動(dòng)系數(shù)：b=0.277；主要影響角正切值：tgβ=1.8；開采影響傳播角：θ=87o；拐點(diǎn)偏移距：s=0.05H。

開采后，地表及構(gòu)筑物最大移動(dòng)變形值見表1和表2

表1 興莊II線110kV高壓輸電線塔最大移動(dòng)變形值

表2 馬青-曲阜220kV高壓輸電線塔最大移動(dòng)變形值

圖3 下沉等值線圖（3304下）

圖4 傾斜等值線圖（3304下）

3 開采影響線塔安全性評(píng)估

3.1 高壓線塔破壞等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)DL/T 741-2010架空輸電線路運(yùn)行規(guī)程，有以下規(guī)定：

1）桿塔的傾斜、桿塔頂撓度、橫擔(dān)的歪斜程度不應(yīng)超過表3中的要求。

表3 桿塔運(yùn)行要求

2）導(dǎo)、地線弧垂不應(yīng)超過設(shè)計(jì)允許偏差：110kV及以下線路為+6.0%、-2.5%；220 kV及以上線路為+3.0%、-2.5%；

3）導(dǎo)線與地面的距離，在最大計(jì)算弧垂情況下，不應(yīng)小于表4中的最小距離。

表4 導(dǎo)線與地面的最小距離

3.2 線塔受采動(dòng)影響安全分析

興莊II線110kV高壓輸電線塔受影響的有37、36、35號(hào)線塔，影響情況如下：

37號(hào)線塔--傾斜極大值1.16mm/m，小于直線桿塔運(yùn)行要求5mm/m（0.5%），同時(shí)也小于基礎(chǔ)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)3.175mm/m，水平變形極大值為1.93mm/m，小于基礎(chǔ)根開運(yùn)行要求4mm/m（0.0004B）。綜合分析認(rèn)為：該塔受到開采影響，但影響程度較小；

36號(hào)線塔--傾斜極大值2.24mm/m，小于直線桿塔運(yùn)行要求5mm/m（0.5%），同時(shí)也小于基礎(chǔ)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)3.175mm/m，水平變形極大值為3.37mm/m，小于基礎(chǔ)根開運(yùn)行要求4mm/m（0.0004B）。綜合分析認(rèn)為：該塔受到開采影響，但影響程度較?。?/p>

35號(hào)線塔--傾斜極大值1.20mm/m，小于直線桿塔運(yùn)行要求5mm/m（0.5%），同時(shí)也小于基礎(chǔ)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)3.175mm/m，水平變形極大值為1.94mm/m，小于基礎(chǔ)根開運(yùn)行要求4mm/m（0.0004B）。綜合分析認(rèn)為：該塔受到開采影響，但影響程度較小。

馬青-曲阜220kV高壓輸電線塔受影響的有25、24、23號(hào)線塔，影響情況如下：

25號(hào)線塔--傾斜極大值1.96mm/m，小于直線桿塔運(yùn)行要求5mm/m（0.5%），同時(shí)也小于基礎(chǔ)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)3.175mm/m，水平變形極大值為3.02mm/m，小于基礎(chǔ)根開運(yùn)行要求4mm/m（0.0004B）。綜合分析認(rèn)為：該塔受到開采影響，但影響程度較?。?/p>

24號(hào)線塔--傾斜極大值5.95mm/m，大于直線桿塔運(yùn)行要求5mm/m（0.5%），超出標(biāo)準(zhǔn)約19%，同時(shí)大于基礎(chǔ)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)3.175mm/m，超出標(biāo)準(zhǔn)約87%，水平變形極大值為7.03mm/m，大于基礎(chǔ)根開運(yùn)行要求4mm/m（0.0004B），超出標(biāo)準(zhǔn)約76%。綜合分析認(rèn)為：該塔變形超過安全運(yùn)行規(guī)定值，影響其正常使用；

23號(hào)線塔--傾斜極大值3.18mm/m，小于直線桿塔運(yùn)行要求5mm/m（0.5%），同時(shí)也大于基礎(chǔ)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)3.175mm/m，超出標(biāo)準(zhǔn)約2%，水平變形極大值為4.2mm/m，大于基礎(chǔ)根開運(yùn)行要求4mm/m（0.0004B），超出標(biāo)準(zhǔn)約5%。綜合分析認(rèn)為：該塔變形超過安全運(yùn)行規(guī)定值，影響其正常使用。

4 開采中采取的措施

為了能使開采后地表的移動(dòng)和變形值限定在允許范圍內(nèi)，在開采中應(yīng)嚴(yán)格遵守以下原則：在整個(gè)工作面回采過程中應(yīng)嚴(yán)格按設(shè)計(jì)進(jìn)行開采，嚴(yán)禁超限開采；在工作面開采過程中要?jiǎng)蛩偻七M(jìn)，避免長期停留，形成永久性邊界，從而增大建筑物所受的變形；在開采時(shí)，要控制開采高度；在整個(gè)地表移動(dòng)過程中，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)高壓線定期巡視，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)采取補(bǔ)救措施；開采過程中應(yīng)進(jìn)行地表沉陷觀測；對(duì)于興莊II線110kV、馬青-曲阜220kV高壓輸電線，3304下工作面開采時(shí)，與相關(guān)部門合作，加強(qiáng)巡視，對(duì)受影響的線塔進(jìn)行維護(hù)，以保證其安全運(yùn)行；

5 工作面采后對(duì)高壓線塔的影響情況

為了評(píng)測3304（下）面開采過程中對(duì)高壓線塔的影響狀況，在工作面上方設(shè)置了地表巖石移動(dòng)觀測站，并在線塔基礎(chǔ)上布設(shè)變形監(jiān)測點(diǎn)。通過變形監(jiān)測，為高壓線的維護(hù)治理提供依據(jù)，為礦井下一步開采提供可靠的實(shí)測數(shù)據(jù)，指導(dǎo)礦井生產(chǎn)。

各高壓線均存在較均勻沉降。1號(hào)高壓線塔最大下沉值為92mm，各點(diǎn)位不均勻下沉量最大值為5mm；2號(hào)高壓線塔最大下沉值為83mm，各點(diǎn)位不均勻下沉量最大值為38mm；3號(hào)高壓線塔最大下沉值為177mm，各點(diǎn)位不均勻下沉量最大值為64mm；4號(hào)高壓線塔最大下沉值為231mm，各點(diǎn)位不均勻下沉量最大值為27mm；5號(hào)高壓線塔最大下沉值為98mm，各點(diǎn)位不均勻下沉量最大值為9mm；6號(hào)高壓線塔最大下沉值為53mm，各點(diǎn)位不均勻下沉量最大值為6mm。經(jīng)過計(jì)算分析開采實(shí)測下沉與預(yù)測基本相符，能基本保證線路的正常運(yùn)行。

表5 工作面高壓線塔觀測成果表 單位：mm

6 結(jié)論

本次預(yù)計(jì)評(píng)估拋棄了傳統(tǒng)方法對(duì)任意工作面采用矩形剖分的方法計(jì)算的缺陷，完全采用積分方法進(jìn)行計(jì)算，減小了剖分誤差，使計(jì)算結(jié)果更加準(zhǔn)確；并可以給出地表最大傾斜、最大曲率、最大水平變形等值線，使開采損害分析變得更為簡單。

在高壓線采動(dòng)影響區(qū)判定中，根據(jù)相關(guān)規(guī)定及有關(guān)文獻(xiàn)，其中規(guī)定電桿結(jié)構(gòu)根開偏差不得超過0.004B（B為根開）。則由此可近似認(rèn)為基礎(chǔ)水平變形不應(yīng)超過4mm/m。此外，根據(jù)電力部門的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于根開在4～7m的自立式直線塔的不均勻沉降量必須控制在12.7～25.4mm之間，才能保證其自身的穩(wěn)定性。由此可以近似認(rèn)為基礎(chǔ)傾斜必須控制3.175mm/m～3.629mm/m，為安全起見取最小值為3.175mm/m。

目前，工作面已順利回采完，沉陷區(qū)的輸電線路及線塔未發(fā)現(xiàn)異常情況，運(yùn)行狀況良好。