煤炭采空區(qū)輸電線路的運(yùn)行特點(diǎn)和事故防范措施

王培青

（薛家灣供電局，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 010300）

隨著我國經(jīng)濟(jì)和采礦事業(yè)的不斷發(fā)展,一些礦區(qū)特別是淺埋煤礦的開采,引起地面下沉、凹陷甚至坍塌,給經(jīng)過或坐落于礦區(qū)上的高壓輸電桿塔、線路造成了很大的威脅和危害。薛家灣地區(qū)地下煤炭儲(chǔ)藏豐富，地下開采已有幾十年的歷史，由于地理空間的局限性，220kV薛家灣變電站周圍的部分輸電線路桿塔處以采空區(qū)上，給輸電線路的安全穩(wěn)定運(yùn)行埋下了極大的安全隱患。特別2005年4月27日110kV古東線20#鐵塔整體塌陷故障的發(fā)生，為采空區(qū)上方輸電線路安全運(yùn)行維護(hù)敲響了警鐘。所以，在日常的運(yùn)行維護(hù)中，要準(zhǔn)確掌握采空區(qū)上方線路的運(yùn)行特點(diǎn)，采取切實(shí)有效的事故防范措施，避免事故的發(fā)生。

1 薛家灣地區(qū)煤炭采空區(qū)輸電線路的運(yùn)行概況

1.1 運(yùn)行概況

220kV薛家灣變電站東側(cè)，分布著幾個(gè)中小型煤礦，已開采幾十年，部分已關(guān)停。由于薛家灣變電站是蒙西電網(wǎng)重要的樞紐站，進(jìn)出線較為密集，線路不可避免的要經(jīng)過這些煤炭采空區(qū)。隨著運(yùn)行時(shí)間的不斷增加，因采空區(qū)帶來的不安全現(xiàn)象也日漸突顯。

1.2 出現(xiàn)的不安全現(xiàn)象

220kV薛長線2004年投入運(yùn)行，15#、16#塔位于原軍區(qū)煤礦上方，2008年5月，距15#東側(cè)150m處發(fā)生地表塌陷，形成直徑約20m，深15m的塌陷坑。后進(jìn)行回填夯實(shí)。

110kV薛城Ⅰ回 1993年投入運(yùn)行，29#—34#桿塔位于陽溝煤礦上方，2009年發(fā)現(xiàn)30#塔基礎(chǔ)周圍地表裂縫嚴(yán)重，并出現(xiàn)多處小型塌陷坑。后經(jīng)重新設(shè)計(jì)，將該塔順線路進(jìn)行位移（仍在采空區(qū)上方），避開塌陷區(qū)，改用板式基礎(chǔ)，增大受力面。

110kV薛窯線1997年投入運(yùn)行，其薛窯段31#—39#桿塔位于楊樹溝煤礦上方，2010年發(fā)現(xiàn) 34#桿順線路傾斜嚴(yán)重，經(jīng)現(xiàn)場測量為桿高的23‰，超出《架空送電線路現(xiàn)場運(yùn)行規(guī)程》規(guī)定的15‰。絕緣子、地線懸垂線夾順線路偏移，基礎(chǔ)周圍地表出現(xiàn)裂縫，距電桿9m處有小型塌陷坑。在34#桿兩側(cè)各增設(shè)兩組拉線，利用拉線將該桿進(jìn)行復(fù)位，并對(duì)絕緣子、地線懸垂線夾進(jìn)行調(diào)整。

2 薛家灣地區(qū)煤炭采空區(qū)輸電線路的運(yùn)行特點(diǎn)

2.1 采空區(qū)分布情況復(fù)雜

薛家灣地區(qū)地下煤炭分布廣，煤層淺，容易開采。解放前后，當(dāng)?shù)厝罕婇_始零星開采，70年代以后，隨著鄉(xiāng)辦企業(yè)的興起，煤炭開采進(jìn)入規(guī)?；?，開采礦井逐漸增多。但由于缺乏合理規(guī)劃，政府和有關(guān)部門沒有進(jìn)行有效監(jiān)督，煤炭開采較為混亂，造成礦井的分布情況復(fù)雜，加之部分礦井已停產(chǎn)或關(guān)閉多年，井下的開采情況無法準(zhǔn)確掌握，致使供電部門和電力設(shè)計(jì)部門在輸電線路施工和運(yùn)行中不能準(zhǔn)確了解采空區(qū)的分布情況和開采情況，不利于事故防范措施的制定和實(shí)施。

2.2 采空區(qū)地質(zhì)變化特殊

薛家灣地區(qū)地形較為復(fù)雜，溝壑縱橫，以土丘為多，地表多為黃土，土質(zhì)比較疏松，并且該地區(qū)的煤層較淺，一但開采過量會(huì)導(dǎo)致地面塌陷或者開裂等情況，這樣的地質(zhì)變化對(duì)輸電線路桿塔造成了嚴(yán)重的危害，采空區(qū)嚴(yán)重地區(qū)已經(jīng)有鐵塔傾斜，嚴(yán)重影響了薛家灣地區(qū)輸電線路的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

2.3 季節(jié)性變化對(duì)采空區(qū)的影響

薛家灣地區(qū)的季節(jié)性變化對(duì)采空區(qū)的影響較為嚴(yán)重，尤其是冬春交替季節(jié)，冬季凍土使地質(zhì)硬化，桿塔傾斜不明顯，但春季開化，導(dǎo)致地面疏松，給采空區(qū)上的桿塔帶了嚴(yán)重的危害。夏末秋初多雨季節(jié)也是危險(xiǎn)季節(jié)，該地區(qū)多為松土，經(jīng)雨水沖擊，土質(zhì)更為松軟，并且該地區(qū)的煤層開采較淺，造成處于采空區(qū)地帶桿塔傾斜，更為嚴(yán)重會(huì)使桿塔塌陷。

3 事故防范措施

3.1 桿塔在線檢測

目前我局的大部分輸電線路處以采空區(qū)上，110kV薛清線 30#由于采空區(qū)沉陷被迫桿塔移位。而 220kV薛長線、萬薛線、薛準(zhǔn)I、II回大部分桿塔處于采空區(qū)上，給線路的安全穩(wěn)定運(yùn)行埋下了極大的隱患，采取常規(guī)的巡視監(jiān)控不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)巡視發(fā)現(xiàn)地面沉降時(shí)，輸電線路已處于危險(xiǎn)狀態(tài)。安裝輸電線桿塔在線監(jiān)測，能夠及早發(fā)現(xiàn)采空區(qū)的沉陷情況，并及時(shí)對(duì)桿塔的傾斜進(jìn)行處理，防止到桿斷線事故發(fā)生。

輸電線路桿塔在線監(jiān)測系統(tǒng)主要通過桿塔傾斜傳感器和數(shù)據(jù)采集終端，采用程序設(shè)計(jì)傳輸時(shí)間間隔，定時(shí)將桿塔順線路及垂直線路方向的傾斜角度數(shù)據(jù)傳輸至后臺(tái)控制中心，通過對(duì)所采集數(shù)據(jù)的曲線分析，可以及時(shí)判斷桿塔傾斜的發(fā)展趨勢，在達(dá)到報(bào)警狀態(tài)時(shí)及時(shí)處理，是對(duì)于采空區(qū)輸電線路桿塔安全進(jìn)行在線狀態(tài)監(jiān)測的一種有效手段。

3.2 可調(diào)試井字梁改造

可調(diào)試井字梁改造是根據(jù)采空區(qū)內(nèi)桿塔基礎(chǔ)傾斜、下沉情況對(duì)其基礎(chǔ)進(jìn)行調(diào)平，弱化采空區(qū)地質(zhì)變化對(duì)輸電線路運(yùn)行的影響，提高線路運(yùn)行的可靠性。

對(duì)煤礦采空區(qū)桿塔運(yùn)行安全產(chǎn)生威脅的大小主要取決于采空區(qū)地表的變形、破壞的形式、程度和過程，而這些因素的變化與所開采的煤層厚度、覆蓋層厚度、強(qiáng)度、完整性有很大關(guān)系，其中煤層厚度和覆蓋層厚度是關(guān)鍵因素；我們用Hm代表煤層厚度，用 Hy代表覆蓋層厚度，深厚比r=HH；Hs代表覆蓋層內(nèi)巖石層的厚度，巖厚比ρ=；在大量統(tǒng)計(jì)整理采空區(qū)地表變形特征資料基礎(chǔ)上，通過理論分析并結(jié)合實(shí)踐認(rèn)定：21 r 110 2.7× 10 ≤ ≤ 8.9 10的情況下可使用可調(diào)式井字梁基礎(chǔ)進(jìn)行改造?？烧{(diào)式井字梁基礎(chǔ)長 15m，深2m，寬0.8m，并將可調(diào)式井字梁基礎(chǔ)和桿塔基礎(chǔ)一體式捆綁，基礎(chǔ)調(diào)整范圍 0～3m?？烧{(diào)試井字梁是目前防范采空區(qū)最好的方法。

圖1 薛城Ⅰ回8號(hào)塔可調(diào)試基礎(chǔ)運(yùn)行情況

3.3 加大巡視密度

為了有效防止采空區(qū)帶來的隱患，加大巡視密度也是較為有效的方法，采用專人專管的策略，對(duì)處于采空區(qū)地帶的桿塔派專人巡視，及時(shí)記錄采空區(qū)惡化的程度，同時(shí)縮短巡視周期，由以往的一周一巡改為隔三天一巡，這樣能更好的、準(zhǔn)確的掌握采空區(qū)變化的第一手資料，為消除采空區(qū)隱患提供了有效的基礎(chǔ)。

3.4 線路切改

線路切改方案是在以上預(yù)防措施都無法實(shí)施，并且采空區(qū)地表變化達(dá)到嚴(yán)重情況時(shí)采用的最終辦法，由于薛家灣地區(qū)開采煤礦地段較多，在切改線路時(shí)選擇安全的新址猶為重要，目前我局所管轄線路已經(jīng)成功切改了路薛Ⅰ、Ⅱ回，使該條線路穩(wěn)定系數(shù)提高，避免了采空區(qū)帶來的危害。

4 結(jié)論

煤礦采空區(qū),是煤炭城市建筑設(shè)計(jì)經(jīng)常遇見的一種特殊地質(zhì)條件.由于采空區(qū)局部地表沉陷產(chǎn)生的不均勻沉降，往往引起地面建筑產(chǎn)生裂縫，甚至傾覆，影響使用。桿塔是輸電線路的重要組成部分之一，輸電線路的安全運(yùn)行對(duì)于保證向用戶不間斷地供電至關(guān)重要。薛家灣地區(qū)淺埋煤礦的開采,引起地面下沉、凹陷甚至坍塌，給經(jīng)過或坐落于礦區(qū)上的高壓輸電桿塔、線路造成了很大的威脅和危害。通過分析采空區(qū)的特點(diǎn)，找出有效的防范措施，確保該地區(qū)電網(wǎng)安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

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