壓覆煤層開采對(duì)輸變電工程建設(shè)影響研究

王文慧 王高尚 李躍龍

（大地工程開發(fā)（集團(tuán)）有限公司）

為優(yōu)化電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，提高供電可靠性，滿足用電負(fù)荷增長(zhǎng)和電源送出需要，擬實(shí)施區(qū)域輸變電工程項(xiàng)目建設(shè)。但擬建線路壓覆南桐井田范圍內(nèi)南桐煤礦和深部接替資源勘查區(qū)煤炭資源，為保證輸變電工程可以正常建設(shè)、安全運(yùn)行，并且不造成煤炭資源壓覆，采用概率積分法和離散點(diǎn)預(yù)計(jì)分析計(jì)算壓覆煤層開采對(duì)擬建110 kV輸變電工程穩(wěn)定性的影響程度。

1 井田地質(zhì)采礦條件

南桐井田地面標(biāo)高為+298.33～+415.62 m，南桐煤礦壓覆區(qū)域開采標(biāo)高為+300～-700 m，接替資源勘查區(qū)開采標(biāo)高為-450～-900 m，礦井開采二疊系龍?zhí)督MK1、K2、K3煤層，煤層傾角36～39°，全部垮落法管理頂板。其中K1煤層厚為0～3.64 m，平均厚度為1.48 m；K2煤層厚為0～1.55 m，平均厚度為0.91 m，上距K3煤層平均為22.99 m，下距K1煤層平均為14.73 m；K3煤層厚為0～4.6 m，平均厚度為2.94 m。

2 輸變電工程及壓覆資源情況

輸電線路路徑長(zhǎng)約為3 km，擬建塔位12座，塔位編號(hào)N1～N12，單個(gè)塔位占地面積約為10×10 m2，桿塔型式采用國(guó)家電網(wǎng)公司輸變電工程典型設(shè)計(jì)2011年版中1D1、1D2系列自立式鐵塔，塔架為角鋼塔，基礎(chǔ)形式為樁基礎(chǔ)，110 kV輸變電工程塔位特征見表1。

注：N2的檔距指N1到N2的距離，N3的檔距指N2到N3的距離，以此類推。

擬建工程壓覆南桐煤礦K1、K2、K3煤層煤炭（111b+2S22）資源量為1 051 kt。壓覆南桐煤礦接替資源勘區(qū)K1、K2、K3煤層資源量（111b+122b+333）為800萬(wàn)t（其中，壓覆禁采區(qū)（Ⅰ1-2）內(nèi)煤炭資源量（333）為439.4萬(wàn)t，壓覆禁采區(qū)外煤炭資源量（111b+122b+333）為432.3萬(wàn)t）。擬建輸變電線路與平山、南桐組團(tuán)規(guī)劃區(qū)禁采區(qū)關(guān)系如圖1所示，擬建輸變線路與礦權(quán)關(guān)系如圖2所示。

3 地表沉陷預(yù)計(jì)及離散點(diǎn)計(jì)算

因開采的煤層為傾斜煤層，所以采取目前在我國(guó)廣泛使用的概率積分法進(jìn)行預(yù)計(jì)［1-2］，通過收集南桐礦區(qū)及類似礦區(qū)地表移動(dòng)與變形預(yù)計(jì)參數(shù)，綜合分析確定預(yù)計(jì)參數(shù)：下沉系數(shù)為0.85，水平移動(dòng)系數(shù)為0.32，主要影響角正切1.6（上山）和1.3（下山），影響傳播系數(shù)為0.6，拐點(diǎn)偏移距為0.05Hc（Hc為采深，m），計(jì)算結(jié)果見表2所示。為了便于分析地表移動(dòng)變形對(duì)線路高壓鐵塔的影響情況，對(duì)涉及壓覆的高壓線塔N1～N12的4個(gè)獨(dú)立基礎(chǔ)進(jìn)行了離散點(diǎn)預(yù)計(jì)，現(xiàn)以N1、N2這2座變形最嚴(yán)重的高壓線塔為例進(jìn)行分析，計(jì)算結(jié)果如表3所示。

4 壓覆煤層開采輸電工程穩(wěn)定性分析

（1）對(duì)高壓線塔傾斜度及橫擔(dān)歪斜度的影響。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，N1～N12塔均未超過《架空輸電線路運(yùn)行規(guī)程》中“角鋼塔的傾斜度（包括撓度）允許范圍不超過為5‰”的規(guī)定。

（2）對(duì)高壓輸電線路近地距離的影響。N1和N2鐵塔處的預(yù)計(jì)地表下沉值分別為W1=2 100 mm，W2=2 377 mm，高壓線塔的高度H1=33 m，H2=36.2 m；高壓線塔順線路方向的傾斜度為i1=2.58 mm/m，i2=1.06 mm/m，α1=0.147 8°，α2=0.060 7°。受采動(dòng)影響N1與N2鐵塔之間的近地距離最大變化量為H1（1-cosα1）-H2（1-cosα2）-（W1-W2）=277.09 mm，對(duì)線路近地距離影響較小，按設(shè)計(jì)可保證線路近地距離的安全。

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（3）對(duì)高壓輸電線路檔距的影響。N1與N2鐵塔之間的原始檔距為L(zhǎng)=334 m，N1鐵塔中心處：ix1=2.58 mm/m，iy1=2.42 mm/m，Ux1=268 mm，Uy1=-182 mm；N2鐵塔中心處：ix2=1.06 mm/m，iy2=2.55 mm/m，Ux2=-25 mm，Uy2=-212 mm。

水平移動(dòng)對(duì)檔距的影響［3-5］：

傾斜對(duì)檔距的影響［3-5］：

懸垂串傾斜對(duì)檔距的影響［3-5］：

上述式中，δx1、δy1與δx2、δy2分別為N1、N2鐵塔懸垂串在x、y方向上的分量。

檔距變化L=L1+L2+L3=-340 mm，小于1.113 m（原始檔距334 m/300），滿足《架空輸電線路運(yùn)行規(guī)程》中規(guī)定的順線路方向兩相鄰高壓線塔間的距離偏差不得大于檔距1/300的標(biāo)準(zhǔn)。

（4）對(duì)高壓輸電線路高差的影響。采動(dòng)對(duì)高壓輸電線路高差的變化可以看成3個(gè)部分的組合：高壓線塔下沉引起的高差變化、高壓線塔傾斜引起的高差變化和懸垂串傾斜引起的高差變化［3-5］。

下沉不均勻?qū)Ω卟畹挠绊懀?/p>

傾斜對(duì)高差的影響：

懸垂串傾斜對(duì)高差的影響：

煤炭開采后，N1和N2鐵塔之間的高差變化：Δh=Δh1+Δh2+Δh3=277-0.09+0=276.91 mm，N1和N2鐵塔之間的高差減小了276.91 mm。

（5）對(duì)高壓線塔基礎(chǔ)根開及轉(zhuǎn)角的影響?；A(chǔ)根開是指相鄰兩基礎(chǔ)中心間的水平距離，高壓線塔轉(zhuǎn)角是指當(dāng)線路變化時(shí)高壓線塔連線與原來(lái)線路的正、側(cè)面根開變化偏差為0.009 m、0.01 m，N2為0.01 m、0.015 m，符合“高壓線塔根開不超過0.004B（B為采前根開）”的規(guī)定，如圖3所示。

5 結(jié) 論

（1）通過概率積分法預(yù)計(jì)壓覆煤層開采結(jié)束后，110 kV輸變電工程（線路部分）N1～N12線塔受采動(dòng)影響，損害程度達(dá)到Ⅱ級(jí)輕度損壞。

（2）通過線塔獨(dú)立基礎(chǔ)離散點(diǎn)預(yù)計(jì)，分析了地表移動(dòng)變形對(duì)高壓線塔傾斜和橫擔(dān)傾斜度、近地距離、線路檔距、高差、結(jié)構(gòu)根開偏差、線路轉(zhuǎn)角等線路各元素的影響，得到壓覆煤層開采結(jié)束后輸變電工程（線路部分）N1～N12線塔運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)均在相關(guān)規(guī)程規(guī)范夾角。據(jù)鐵塔四基礎(chǔ)離散點(diǎn)預(yù)計(jì)結(jié)果和表1中采前各鐵塔塔位采前正、側(cè)基礎(chǔ)根開，得到受采動(dòng)影響線路的轉(zhuǎn)角θ及各高壓線塔的基礎(chǔ)根開偏差，N1鐵塔的范圍內(nèi)，線塔可以按照設(shè)計(jì)正常建設(shè)。