邢廣銳，薛遠(yuǎn)峰，智 軍

(黑龍江省電力勘察設(shè)計(jì)研究院，哈爾濱 150078)

500kV集慶線壓覆礦產(chǎn)及采空區(qū)分析與評(píng)價(jià)

邢廣銳，薛遠(yuǎn)峰，智 軍

(黑龍江省電力勘察設(shè)計(jì)研究院，哈爾濱 150078)

電網(wǎng)建設(shè)中輸電線路經(jīng)過采空區(qū)尤其是煤礦采空區(qū)的現(xiàn)象已屬常見，評(píng)價(jià)采空沉陷對(duì)輸電線路的影響規(guī)律以及采取相應(yīng)的應(yīng)對(duì)措施，對(duì)保障電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，具有實(shí)踐意義。文章通過對(duì)線路路徑所經(jīng)煤田地段的壓覆礦產(chǎn)情況進(jìn)行了實(shí)地的調(diào)查、分析，并對(duì)采空區(qū)進(jìn)行了評(píng)價(jià)，為線路路徑方案及鐵塔基礎(chǔ)方案提供了依據(jù)。

電網(wǎng)建設(shè)；輸電線路；煤礦采空區(qū)；影響規(guī)律，安全穩(wěn)定；應(yīng)對(duì)措施

0 前 言

中國煤炭資源豐富，分布范圍較廣，隨著電網(wǎng)建設(shè)的快速發(fā)展，輸電線路經(jīng)過采空區(qū)尤其是煤礦采空區(qū)已不可避免。由于目前對(duì)采空沉陷影響規(guī)律以及應(yīng)對(duì)措施還沒有充分認(rèn)識(shí)，因采空沉陷導(dǎo)致輸電線路基礎(chǔ)產(chǎn)生不均勻沉降、鐵塔傾斜、絕緣子串傾斜的事故經(jīng)常發(fā)生，甚至引發(fā)過故障跳閘。因此，評(píng)價(jià)采空沉陷對(duì)輸電線路的影響規(guī)律以及采取相應(yīng)的應(yīng)對(duì)措施，對(duì)保障電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，具有實(shí)踐意義

500kV集慶送電線路位于黑龍江省東部老爺嶺山區(qū)的低山丘陵區(qū)，線路路徑方案經(jīng)過雙鴨山和七臺(tái)河兩個(gè)煤田。本項(xiàng)目壓覆礦產(chǎn)地段主要位于雙鴨山煤田的寶山煤礦和東保衛(wèi)煤礦。線路路徑方案經(jīng)過原寶山煤礦東部、東北部的原寶山煤礦一井、太平井等煤礦礦界外尚未開采的煤層(80#、79#)邊緣部分，煤層露頭邊緣距線路最近距離為150m。根據(jù)線路所在寶山煤礦已開采的地表變化情況(最后開采為1992年3月)，煤礦停采十多年后，未發(fā)現(xiàn)有地面塌陷、盆地、移動(dòng)等人為破壞現(xiàn)象。

1 區(qū)域構(gòu)造

雙鴨山煤田位于新華夏系第二隆起帶三江穆棱河凹陷上。煤田賦存于近東西向，向南凸的弧形逆沖斷裂下盤。而寶山煤礦位于煤田的中西部，整體構(gòu)造形態(tài)為走向近東西，傾向南，淺部伴有寬緩褶皺的單斜構(gòu)造，并被斷裂構(gòu)造復(fù)雜化，構(gòu)造較復(fù)雜[1]。

評(píng)估區(qū)所處的一級(jí)大地構(gòu)造單元為興凱湖—布列亞山地塊區(qū)，亞一級(jí)大地構(gòu)造單元為老爺嶺地塊；二級(jí)構(gòu)造單元有佳木斯隆起帶、寶清過渡帶。區(qū)內(nèi)發(fā)育有巖石圈斷裂(深斷裂)、殼斷裂(大斷裂)和一般斷裂。斷裂方向有北東向、北西向、近南北向等。

評(píng)估區(qū)及附近主要分布的巖石圈斷裂有敦化—密山巖石圈斷裂、七臺(tái)河斷裂。敦化—密山巖石圈斷裂位于本省東南部，走向NE，由吉林省的敦化延入本省，經(jīng)穆棱、雞西、密山、虎林北部過烏蘇里江進(jìn)入俄羅斯境內(nèi)，省內(nèi)長度500km。斷裂帶由兩條高角度相對(duì)逆沖的主干斷裂構(gòu)成，為“逆地塹式”斷裂，地貌上表現(xiàn)為開闊的谷地，東北段與穆棱河谷的分布基本一致。沿?cái)嗔芽梢姅鄬尤敲鏀嗬m(xù)分布。斷裂帶兩側(cè)巖石破碎，片理發(fā)育，局部具有牽引構(gòu)造。斷裂明顯切錯(cuò)了完達(dá)山地槽褶皺帶，控制了龍爪溝群沉積，其形成時(shí)代為里阿斯期中期，以左旋走滑為特征，斷裂東南盤向東北平移了約240km。斷裂形成以后，受北北東向、北東偏北向及近東西向斷裂破壞與改造明顯。七臺(tái)河斷裂走向EW—NW，傾向南，分布長度為170km，形成時(shí)代為中生代，新生代有活動(dòng)。屬隱伏半弧形基底繼承性斷裂。斷裂性質(zhì)為張剪性，新生代沿?cái)嗔丫哂袔r漿活動(dòng)，喜馬拉雅中期具有玄武巖噴發(fā)。斷裂與送電線路斜交。

綜上所述，區(qū)內(nèi)幾條斷裂有明顯跡象表明最近的活動(dòng)時(shí)期為第三紀(jì)，沒有明顯的地貌特征和其他跡象表明上述斷裂近期(全新世)有過活動(dòng)，為非全新世活動(dòng)斷裂，可不考慮上述斷裂對(duì)送電線路穩(wěn)定性的影響。

根據(jù)《中國地震動(dòng)峰值加速度區(qū)劃圖》(GB18306—2001)評(píng)估區(qū)的地震動(dòng)峰值加速度<0.05g(相當(dāng)于地震基本烈度為<6°)；地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期為0.35s。評(píng)估區(qū)屬于地殼穩(wěn)定區(qū)。

2 寶山煤礦、東保衛(wèi)煤礦區(qū)地質(zhì)構(gòu)造及煤層分布

2.1 地層巖性

本區(qū)含煤地層，由城子河組和穆棱組組成。主要以城子河組中、下部含煤段發(fā)育最佳，共含煤51層，達(dá)到可采和局部可采者16層，自上而下命名為10、30、36、38、41、60、70、73、78、79、80上、80、89、90、105、106上、106中，寶山煤礦、東保衛(wèi)煤礦開采的煤層均為此組的含煤層。地層傾向南東，傾角15°～25°。

2.2 煤層分布

本區(qū)共有可開采的煤層16層，由于當(dāng)時(shí)的沉積環(huán)境及后期的構(gòu)造活動(dòng)(斷層)使煤層分布不均勻，煤層一般多有尖滅，煤層埋藏深度也不一致詳見表1。

表1 各開采層煤層厚度表

3 煤田開采及地面塌陷

3.1 煤田開采現(xiàn)狀

線路路徑方案穿越的煤層，由北向南分別為90、80上、80、79、78、70、41、38、36、30、20、10，地層傾向南東，傾角15°～25°。

東保衛(wèi)煤礦開采礦界以南煤層埋深較深，一般為-700m，北部煤層露頭埋深30～50m。本項(xiàng)目路徑方案東部、西部地段范圍已開采，形成采空區(qū)，仍有大部分正在開采，國有大礦正在開采較深部的煤層(二水平)，小礦開采淺部的煤層，小煤礦分布在路徑方案東部(地質(zhì)隊(duì)礦)、西部(三和順礦)，其中三和順礦距路徑較近[2]。

3.2 地面塌陷現(xiàn)狀

煤礦開采后，在地面的表現(xiàn)形式主要為地表變形、塌陷盆地和地表塌陷坑。因路徑設(shè)計(jì)方案東、西兩側(cè)的寶山煤礦、東保衛(wèi)煤礦的煤層現(xiàn)在尚未開采，故地表現(xiàn)狀無開采后形成的地表變形。但從500kV線路的安全生產(chǎn)運(yùn)行的角度出發(fā)考慮，設(shè)計(jì)及施工時(shí)應(yīng)按開采后形成的采空進(jìn)行基礎(chǔ)、結(jié)構(gòu)和構(gòu)造的設(shè)計(jì)和施工。根據(jù)寶山煤礦和東保衛(wèi)煤礦已經(jīng)開采形成的采空區(qū)現(xiàn)狀分析，現(xiàn)場(chǎng)看地表變形中等，地面塌陷成因類型為冒頂型塌陷，塌陷面積應(yīng)結(jié)合煤層頂板的巖性、巖石完整性、煤礦開采方式、采掘工藝、回采情況綜合判定，塌陷深度可按煤層累厚的60%～80%進(jìn)行預(yù)測(cè)設(shè)計(jì)。

從寶山煤礦、東保衛(wèi)煤礦開采后現(xiàn)場(chǎng)已發(fā)現(xiàn)的地表傾斜、地表曲率、地表水平變形特點(diǎn)來看，采空區(qū)地表變形顯著的大多分布在采空區(qū)采深采厚比<100的區(qū)域。根據(jù)煤炭部門與中科院聯(lián)合對(duì)采空區(qū)地表變形進(jìn)行的研究資料顯示，采空區(qū)采深采厚比>100的區(qū)域，地表變形仍然顯著。

4 采空區(qū)的安全評(píng)價(jià)

本項(xiàng)目擬建工程為高聳獨(dú)立的建(構(gòu))筑物，大部分基礎(chǔ)采用獨(dú)立基礎(chǔ)，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，對(duì)下沉都比較敏感，聯(lián)合基礎(chǔ)不允許出現(xiàn)局部沉降。

4.1 地表移動(dòng)與變形

煤層開采后，采空區(qū)上覆巖層產(chǎn)生垮落帶、斷裂帶、彎曲帶，在地表形成一個(gè)比采空區(qū)范圍大很多的下沉盆地。下沉盆地內(nèi)任一點(diǎn)的地表移動(dòng)過程可分為3個(gè)階段：初始期、活躍期和衰退期。一般規(guī)定衰退期從活躍期結(jié)束時(shí)開始，到6個(gè)月內(nèi)下沉值≤30mm為止。在按照規(guī)程規(guī)定的“移動(dòng)穩(wěn)定”后，實(shí)際上地表還有少量殘余下沉量，這個(gè)殘余下沉量將持續(xù)相當(dāng)長一段時(shí)間，與開采深度、覆巖性質(zhì)、頂板管理方法等有關(guān)。

4.2 采空區(qū)對(duì)輸電線路的影響

采空區(qū)是指地下礦產(chǎn)被采出后留下的空洞區(qū)。在礦產(chǎn)被采出后，上覆巖層的原始應(yīng)力平衡遭到破壞，采空區(qū)周圍的巖層失去支撐，而向采空區(qū)內(nèi)逐漸移動(dòng)，上覆巖層隨之產(chǎn)生變形、離層、裂縫甚至破壞垮落，巖層和地表的移動(dòng)過程將持續(xù)發(fā)展到所有被采動(dòng)巖層都達(dá)到新的平衡為止。這個(gè)過程稱為“礦山開采沉陷”，其范圍稱為開采沉(塌)陷區(qū)。礦山開采沉陷程度與覆巖的性質(zhì)、產(chǎn)狀、埋深、開采規(guī)模、開采方法以及頂板管理方法等有關(guān)。采空區(qū)對(duì)地表的影響主要是垂直方向的移動(dòng)和變形(沉降、傾斜、曲率)與水平方向的移動(dòng)和變形(水平移動(dòng)、拉伸和壓縮)。受采空區(qū)地表沉陷的影響，輸電線路桿塔基礎(chǔ)可能發(fā)生下沉、傾斜、移位、扭曲等破壞，基礎(chǔ)外趴、錯(cuò)臺(tái)，進(jìn)而使桿塔的根開和各塔腿高差發(fā)生變化，塔體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大的附加應(yīng)力，并可能導(dǎo)致導(dǎo)線對(duì)地距離、電氣間歇等產(chǎn)生變化，直接威脅鐵塔安全及整個(gè)線路的穩(wěn)定運(yùn)行。

根據(jù)各煤礦提供的相關(guān)煤層開采、回采情況及現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查資料，采空區(qū)采深采厚比<100的區(qū)域產(chǎn)生地表塌陷的可能性比較大，線路路徑方案布置在采深采厚比<100的區(qū)域是不穩(wěn)定和不安全的，危險(xiǎn)性大，對(duì)送電線路建(構(gòu))筑物的安全運(yùn)行影響較大。二煤礦可開采煤層采深采厚比見表2。

表2 二煤礦可采用煤層采深采厚比表

根據(jù)對(duì)未來開采形成的采空區(qū)預(yù)測(cè)分析，建議線路路徑J6轉(zhuǎn)角向北移動(dòng)150m，線路即可避開采深采厚比為20(35～50/2.5=14～20)的危險(xiǎn)區(qū)域。N55、N56分別向北、南二方向移動(dòng)也可避開采深采厚比為<30(20.46～22.30)的危險(xiǎn)區(qū)域?？邕^采深采厚比為<30的危險(xiǎn)區(qū)域。根據(jù)上述分析評(píng)價(jià)可以安全確定塔位的位置。本段路徑從煤礦區(qū)中通過是可行的。

6 結(jié) 論

線路通過寶山、東保衛(wèi)煤礦區(qū)，有部分區(qū)域采空區(qū)的采深采厚比為<30。采空區(qū)的采深采厚比不滿足相關(guān)規(guī)程、規(guī)范的要求。對(duì)于布置在采空區(qū)的采深采厚比<30及<100區(qū)域的塔位建(構(gòu))筑物，應(yīng)采取安全可靠的技術(shù)設(shè)計(jì)方案和原則，通過采用基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)措施、塔的構(gòu)造措施消除地表變形對(duì)塔位安全運(yùn)行的影響和隱患。

[1]中華人民共和國發(fā)展和改革委員會(huì).DL/T5122—2000500kV 架空送電線路勘測(cè)技術(shù)規(guī)程[S].北京：中國電力出版社，2000.

[2]中國電力企業(yè)聯(lián)合會(huì).GB50548-2010330kV～750kV架空輸電線路勘測(cè)規(guī)范[S].北京：中國計(jì)劃出版社，2010.

AnalysisandEvaluationofMineralResourcesbelowProjectandGoafAreafor500kVJiqingLine

XING Guang-rui；XUE Yuan-feng and ZHI Jun

(Heilongjiang Province Power Investigation and Design Institute，Harbin 150078，China)

Transmission line often goes through goaf area in the power grid construction，especially goes through coal mine goaf area.It has practical significance and guarantees the safety of power grid to evaluate the impact of goaf sink on the transmission line and take the correspondent measures.Through the on-site investigation，analysis and evaluation for the mineral resources below the transmission line，the design basis of the plan path and scheme of tower foundation are provide.

power grid construction；transmission line；coal mine goaf；impact law；safety and stability；countermeasures

1007-7596(2014)10-0004-03

2014-04-22

邢廣銳(1982-)，男，遼寧朝陽人，工程師；薛遠(yuǎn)峰(1964-)，男，吉林郭化人，高級(jí)工程師；智軍(1980-)，男，黑龍江齊齊哈爾人，工程師。

TV736

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