煤礦綜放工作面采空區(qū)高壓線塔加固糾偏方案

孟相龍，劉煜

(中國華電集團(tuán)內(nèi)蒙古蒙泰不連溝煤業(yè)有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 準(zhǔn)格爾 010303)

0 引言

隨著煤炭工業(yè)的發(fā)展，煤炭采掘量急劇增加，采空區(qū)日益擴(kuò)大，導(dǎo)致地面大量沉降和采空區(qū)域內(nèi)輸電線路鐵塔基礎(chǔ)不均勻沉降，造成鐵塔傾斜、位移和變形，甚至引起鐵塔內(nèi)部應(yīng)力變化，嚴(yán)重威脅著輸電線路的安全。國內(nèi)外雖然也有類似問題的發(fā)生，但關(guān)于采空區(qū)輸電鐵塔加固糾偏處理技術(shù)的研究鮮有報道。本文在搜集和分析國內(nèi)外解決此類問題的工程實(shí)例的基礎(chǔ)上，提出了一套高壓鐵塔實(shí)際加固糾偏方案。

1 采空區(qū)地表變形對輸電線路鐵塔的影響

1.1 煤礦采空區(qū)地表變形的一般特征

采空區(qū)地表變形的形狀、大小、速度一般與煤層厚度、開采方式、工藝、埋深、上部巖層強(qiáng)度等因素密切相關(guān)。煤層埋深大于200 m時(如煤層較薄)，引起的地表變形會相對小一些；煤層埋深越淺、開采層越厚，引起的地表變形塌陷越大。在通常情況下，煤層上巖層強(qiáng)度對采空區(qū)地表的變形形狀和深度也有影響，煤層較深、覆蓋的巖層強(qiáng)度越高，地表變形塌陷越小。

現(xiàn)代煤炭開采工藝以綜合機(jī)械化采煤(以下簡稱綜放)為主。綜放由于作業(yè)面大，向前推進(jìn)速度快，采空區(qū)地表的塌陷隨著作業(yè)面的推進(jìn)逐步發(fā)生，基本上一次塌陷到位，后期變形較小[1]。一般來說，綜放工作面地表變形有3種類型：均勻沉陷、不均勻沉陷及水平變形/水平位移。

1.2 煤礦開采對采空區(qū)輸電線路鐵塔造成的影響

煤礦開采會使采空區(qū)的鐵塔下沉、傾斜、移位、扭曲，也會使鐵塔基礎(chǔ)外趴和錯臺，還會使鐵塔桿件應(yīng)力場劇烈調(diào)整、桿件受力性質(zhì)改變，更會使鐵塔失穩(wěn)倒塌傾覆。采空區(qū)對高壓輸電線路的影響和破壞主要取決于地表變形及破壞類型、規(guī)模和速度[1]。當(dāng)鐵塔位于采空區(qū)中間時，一般是基礎(chǔ)下沉、內(nèi)收和塔身變形。當(dāng)鐵塔位于采空區(qū)邊緣時，一側(cè)下沉較多，并向谷底滑落，塔身變形嚴(yán)重[2]。

2 采空區(qū)上方高壓線塔加固糾偏方案

現(xiàn)將內(nèi)蒙古蒙泰不連溝煤業(yè)有限責(zé)任公司不連溝煤業(yè)有限責(zé)任公司(以下簡稱不連溝煤業(yè)公司)綜放工作面上方高壓線塔實(shí)際加固方案進(jìn)行研究。該工作面編號為F6203，該工作面采空區(qū)上方遇有1個220 kV同塔雙回路高壓線塔基座，在回采過程中,勢必會造成高壓線塔基座變形，容易引發(fā)供電線路事故。為了保護(hù)該工作面采空區(qū)上方的高壓線塔，現(xiàn)對2種方案進(jìn)行研究，通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，得出合理的施工方案。

2.1 方案1：F6203綜放工作面采空區(qū)上方高壓線塔搬遷

F6203綜放工作面采空區(qū)上方高壓線塔采取搬遷的方法勢必會影響到相鄰幾個高壓線塔的搬遷，而且由于此高壓線路為大路鎮(zhèn)煤化工廠區(qū)的雙回路動力電源，如果搬遷的話，只能帶電搬遷，故工程難度及工程量會大大增加，所需費(fèi)用也會大大提高，安全系數(shù)也會大幅降低，因此，無法實(shí)施該方案，最終決定放棄該方案。

2.2 方案2：F6203綜放工作面采空區(qū)上方高壓線塔加固

F6203綜放工作面采空區(qū)上方高壓線塔加固采取井下、地面2種方法來保證塔基的安全穩(wěn)定，這樣不僅保證了地面的安全用電，同時也保證了F6203綜放工作面正?；夭?，可為不連溝煤業(yè)公司節(jié)約生產(chǎn)成本，增添了利潤。

通過對上述2種方案的比較分析，不連溝煤業(yè)公司決定采取采空區(qū)上方高壓線塔加固的方法(方案2)來保證高壓線塔的穩(wěn)固。

3 方案實(shí)施

3.1 F6203綜放工作面井下施工方案

從2012年11月17日開始，F(xiàn)6203綜放工作面出切眼以外至50 m范圍內(nèi)采煤高度控制在3.0～3.1 m；以高壓鐵塔為中心(即工作面#95支架)，切眼副幫為邊，在長、寬各為50 m(#82支架～#111支架)范圍內(nèi)掛網(wǎng)、打設(shè)木垛、單體，并進(jìn)行注黃泥漿充填(附F6203綜放工作面過高壓線塔安全技術(shù)措施)，截至2012年12月3日，工作面順利推采切眼以外50 m。

(1)從切眼正幫開始掛網(wǎng)，采用單層#8菱形金屬網(wǎng)鋪設(shè)，金屬網(wǎng)搭接長度為200 mm，采用#14鐵絲連接金屬網(wǎng)，補(bǔ)掛的金屬網(wǎng)必須與切眼頂部原網(wǎng)片連接牢固。

(2)工作面每推進(jìn)2.4 m，就要打設(shè)3排單體液壓支柱，單體支柱的排距為1 m，布置于木垛兩側(cè)。單體施工完成后按設(shè)計(jì)位置再搭設(shè)11個木垛，木垛搭設(shè)在兩列單體中間，木垛排距為0.4 m，間距為5 m，木垛采用200 mm ×200 mm×2 000 mm的松道木搭設(shè)，道木與道木采用把釘固定。用木模板支模對搭設(shè)的木垛使用HBT60-13-75型混凝土輸送泵通過輸送管路進(jìn)行混凝土充填。

(3)通風(fēng)隊(duì)按規(guī)定對木垛以外的采空區(qū)進(jìn)行黃泥灌漿。

從2012年11月4日開始，F(xiàn)6203綜放工作面從出切眼50 m以外至170 m范圍內(nèi)采煤高度為3.0～3.1 m，采取只割煤不放煤的方式進(jìn)行回采，截至2012年12月23日，工作面已推采切眼以外170 m。

3.2 地面施工方案

地面鐵塔加固采用北京巨能通用技術(shù)有限責(zé)任公司的整體連續(xù)可調(diào)基礎(chǔ)，具體施工方案如下。

(1)在采空區(qū)上方高壓線塔的4個方向拉線進(jìn)行加固。在高壓線塔基座的4個方向距基座一定位置打設(shè)4個混凝土樁，在混凝土樁中預(yù)埋螺栓，用鋼絲繩將螺栓與高壓線塔塔架連接加固。

(2)地面采取架設(shè)輔助高壓線塔的方案進(jìn)行加固。在加固的同時，要對塔基的變形進(jìn)行密切觀察。

3.2.1 沉降觀測的基本要求

(1)儀器、設(shè)備和人員素質(zhì)的要求。根據(jù)沉降觀測精度要求高的特點(diǎn)，為能精確地反映出鐵塔基座的沉降情況，規(guī)定測量的誤差應(yīng)小于變形值的1/20～1/10。為此，不連溝煤業(yè)公司采用深圳索佳集團(tuán)生產(chǎn)的SDL30M型高精度水準(zhǔn)儀進(jìn)行測量，精度誤差為±0.4 mm。地測組要選用測量業(yè)務(wù)能力較強(qiáng)的人員作為主測，除特殊原因外，不得更換測量人員。

(2)觀測時間的要求。在F6203綜放工作面未回采前，應(yīng)對塔基的4個變形觀測點(diǎn)進(jìn)行水準(zhǔn)高程測量作為原始數(shù)據(jù)記錄。F6203綜放工作面開始回采后，每天對鐵塔進(jìn)行沉降觀測，并嚴(yán)格做好數(shù)據(jù)記錄。

(3)觀測點(diǎn)的要求。

1)為了能夠反映出高壓鐵塔的準(zhǔn)確沉降情況，沉降觀測點(diǎn)應(yīng)布設(shè)在最能反映沉降特征且便于觀測的位置，宜布設(shè)在鐵塔基座4個拐角處。

2)回采塌陷區(qū)的觀測結(jié)果表明，塌陷范圍向外延伸300 m地表不再受到沉降影響，為此，控制點(diǎn)要布設(shè)在塌陷范圍外350 m為宜。同時應(yīng)布設(shè)2個控制點(diǎn)，以方便檢核。

(4)沉降觀測要遵循如下原則：

1)沉降觀測所依據(jù)的基準(zhǔn)點(diǎn)、工作基點(diǎn)和被觀測物上的沉降觀測點(diǎn)，每個點(diǎn)位要穩(wěn)定。

2)所用儀器、設(shè)備要穩(wěn)定。

3)觀測人員要穩(wěn)定。

4)觀測時的環(huán)境條件基本一致。

5)觀測路線、鏡位、程序和方法要固定。

在沉降觀測時，客觀上應(yīng)盡量減少觀測誤差的不定性，使所測的結(jié)果具有統(tǒng)一性，以保證各次復(fù)測結(jié)果與首次觀測的結(jié)果相一致，使所觀測的沉降量更真實(shí)。

(5)施測要求。觀測人員對儀器、設(shè)備的操作方法與觀測程序要熟悉且能正確操作。在首次觀測前，所用的儀器必須經(jīng)計(jì)量單位予以鑒定。每次觀測前，主測人員必須對儀器的各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行檢測校正。在測量過程中，主測人員必須采用雙儀高法對測得2組數(shù)據(jù)進(jìn)行校核，所用儀器、設(shè)備在觀測過程中如出現(xiàn)精度不達(dá)標(biāo)等問題，須立即校核。操作人員要相互配合，工作要協(xié)調(diào)一致、認(rèn)真仔細(xì)，做到步步有校核。

(6)沉降觀測精度的要求。

1)由于F6203綜放工作面采空區(qū)上方高壓鐵塔附近區(qū)域地勢相對平緩，因此，環(huán)線閉合差應(yīng)采用

式中：n為測站數(shù)；Δh為環(huán)線閉合差；∑a為后視讀數(shù)總和；∑b為前視讀數(shù)總和。

2)前后視距≤30 m。

3)前后視距差≤1.0 m。

4)前后視距累積差≤3.0 m。

5)兩次儀器高測量結(jié)果互差≤1.0 mm。

6)采用全站儀測量距離時誤差≤3 mm。

3.2.2 具體施測步驟

(1)在鐵塔基礎(chǔ)上選取4個變形觀測點(diǎn)并編號。

(2)采用現(xiàn)場假定坐標(biāo)法，用全站儀測量出4個變形觀測點(diǎn)的距離及位置，其測量結(jié)果作為原始數(shù)據(jù)記錄并繪出示意圖。

(3)采用懸高法用全站儀測出鐵塔高度，其測量結(jié)果作為原始數(shù)據(jù)記錄。

(4)利用觀測數(shù)據(jù)計(jì)算鐵塔的單日下沉量、累計(jì)下沉量、傾斜角度、塔頂傾斜量并繪制成表格。

(5)將各次所觀測沉降情況及時反饋給有關(guān)部門并上報各級領(lǐng)導(dǎo)。

3.2.3 觀測中應(yīng)注意的事項(xiàng)

(1)應(yīng)嚴(yán)格按測量規(guī)范的要求施測。

(2)前后視觀測最好用同一水平尺。

(3)必須按照固定的觀測路線進(jìn)行各次觀測。

(4)觀測時要避免陽光直射，各觀測環(huán)境應(yīng)基本一致。

(5)成像要清晰，成像穩(wěn)定時再讀數(shù)。

(6)要隨時觀測，隨時校核計(jì)算，觀測時要一氣呵成。

(7)在雨季前后要聯(lián)測，檢查水準(zhǔn)點(diǎn)的標(biāo)高是否有變動。

4 結(jié)論

(1)F6203綜放工作面地表有2座鐵塔，一處在F6203綜放工作面切眼位置處，另一處在F6203綜放工作面切眼位置外。根據(jù)長期的觀測記錄顯示，切眼處鐵塔基座累計(jì)最大下沉量為1 428 mm，鐵塔向東傾斜0°18′，塔頂向東偏移180 mm。不連溝煤業(yè)公司及時準(zhǔn)確地掌握了鐵塔的位移、傾斜、下沉量，為F6203綜放工作面順利通過切眼上方的高壓線塔提供準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，圓滿地完成了綜放工作面初采及綜放工作面過高壓線塔的任務(wù)。

(2)不連溝煤業(yè)公司執(zhí)行既定的工作方案，始終將回采距切眼170 m范圍內(nèi)采高控制在3.0～3.1 m，堅(jiān)持采取“只割煤不放煤”的原則進(jìn)行回采。順利推采出距切眼位置170 m，成功通過切眼上方的高壓線塔，保障了高壓塔基的安全，使其變形量達(dá)到了最小，保證了用電線路的暢通；同時也使F6203綜放工作面開始正常回采。

(3)綜放工作面采空區(qū)上方高壓線塔的保護(hù)技術(shù)應(yīng)用成功的同時，也取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。在高壓線塔保護(hù)期間，F(xiàn)6203綜放工作面共生產(chǎn)原煤約22萬t，F(xiàn)6203綜放工作面采空區(qū)上方高壓線塔的保護(hù)技術(shù)的應(yīng)用共花費(fèi)450萬元，可節(jié)約1 750萬元。如果采用高壓鐵塔搬遷方案，則相鄰幾個高壓鐵塔都要進(jìn)行搬遷，將會影響到本地區(qū)的其他廠區(qū)，預(yù)計(jì)花費(fèi)2 000萬元，還會大幅降低不連溝煤業(yè)公司的經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)：

[1]張建強(qiáng)，楊昆，王予東，等.煤礦采空區(qū)地段高壓輸電線路鐵塔地基處理的研究[J].電網(wǎng)技術(shù)，2006，30(2)：30-34.

[2]史振華.采空區(qū)輸電線路直線自立塔基礎(chǔ)沉降及處理方案[J].山西電力技術(shù)，1997,17(3):18-20.