蘆 山，畢虎才，原 輝

（國(guó)網(wǎng)山西省電力公司電力科學(xué)研究院，山西 太原 030001）

0 引言

煤炭長(zhǎng)期以來(lái)一直是我國(guó)的第一大能源，消耗占到70%左右，而山西又是“煤海之鄉(xiāng)”。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，工業(yè)的興起，大量的煤炭資源從地下采出，開(kāi)采所引起的地表沉陷及其環(huán)境災(zāi)害問(wèn)題日益突出。作為電力行業(yè)，正飛速發(fā)展大電網(wǎng)的建設(shè)，形成了輸電線路分布廣泛的狀況，必然存在很多輸電線路途經(jīng)煤礦采空區(qū)，完全避開(kāi)是不可能的，所以，必須充分認(rèn)識(shí)到采空地質(zhì)環(huán)境的特點(diǎn)，掌握其發(fā)生、發(fā)展的科學(xué)規(guī)律，采取合理的處理措施，有效避免意外情況的發(fā)生，確保輸電線路的安全可靠運(yùn)行[1]。

1 晉東南地區(qū)煤礦采空區(qū)及輸電設(shè)備分布

從山西省輸電線路采空區(qū)分布圖來(lái)看，采空區(qū)的形成主要由煤礦開(kāi)采造成。除運(yùn)城地區(qū)未發(fā)現(xiàn)采空區(qū)對(duì)輸電線路桿塔造成影響外，其他各地區(qū)均有采空區(qū)對(duì)桿塔造成影響的監(jiān)測(cè)記錄，涉及縣鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）41個(gè)，記錄在案的煤礦礦區(qū)46個(gè)，影響500 kV輸電線路條數(shù)20余條。其中晉東南地區(qū)煤礦礦區(qū)近20個(gè)，影響1 000 kV輸電線路1條，500 kV輸電線路13條。涉及線路包括1 000 kV長(zhǎng)南一線、500 kV會(huì)晉一、二線，臨會(huì)一、二線等。

沁水煤田位于山西省東南部，南北長(zhǎng)300 km，寬80～140 km。煤田總面積30 500.1 km2，占全省含煤面積的50.29%，是全省最大的煤田。沁水煤田含煤地層總厚110～220 m，煤層厚的15～18層，少的6～10層，煤層累計(jì)厚度13～17m，最薄8～11m，其中陽(yáng)泉、長(zhǎng)治、晉城等地煤層沉積穩(wěn)定，開(kāi)采條件優(yōu)越，分別有陽(yáng)煤集團(tuán)、潞安集團(tuán)、晉城煤業(yè)集團(tuán)、蘭花集團(tuán)在煤田進(jìn)行開(kāi)采。

2 5 00 kV會(huì)晉二線煤礦采空區(qū)地質(zhì)環(huán)境分析

a）采厚比越大，對(duì)地表影響越小。會(huì)晉二線94號(hào)所壓煤層在桿塔下方130 m左右，煤礦采取了采高降低為2 m的保護(hù)措施（一般煤層采高為6 m）。采厚比由計(jì)劃的21改變?yōu)?5，將危害程度降低到較小程度。

b）煤層傾角α越大，對(duì)地表影響越大。會(huì)晉二線94號(hào)下方煤層傾角α=39°為緩傾斜角，不是影響地表變化的主要因素。

c）采空區(qū)移動(dòng)角越小，對(duì)地表的影響范圍越大。

d）會(huì)晉二線94號(hào)煤層上方的頂板為泥巖、泥頁(yè)巖，單向抗壓強(qiáng)度為σ=（27.94±10.75） MPa，該巖性硬度低、抗壓強(qiáng)度較小，因此使得桿塔受到威脅的程度大大增加。

500 kV會(huì)晉二線94號(hào)位于盆地的中央部位，地表下沉均勻，地表下沉值達(dá)到最大值，受到的影響相對(duì)較小。若桿塔位于采空區(qū)地表塌陷邊緣，地表下沉不均勻，一旦頂板塌陷，將形成較大臺(tái)階，容易造成倒塔事故。

3 5 00 kV會(huì)晉二線輸電線路經(jīng)過(guò)采空區(qū)地質(zhì)環(huán)境變化及影響

2010年4 月，發(fā)現(xiàn)會(huì)晉二線94號(hào)附近地表出現(xiàn)大小不同的裂縫與塌陷，見(jiàn)圖1。觀察到鐵塔三相絕緣子傾斜嚴(yán)重。隨即進(jìn)行桿塔傾斜測(cè)量，得知桿塔傾斜數(shù)據(jù)遠(yuǎn)大于運(yùn)行要求數(shù)據(jù)，然后對(duì)其附近地質(zhì)環(huán)境調(diào)查和蹲守觀測(cè)。調(diào)查后得知此處位于高平市唐安煤礦采空區(qū)，進(jìn)而對(duì)傾斜桿塔94號(hào)采取了臨時(shí)保護(hù)措施（臨時(shí)拉線）。

圖1 會(huì)晉二線94號(hào)裂縫邊界

500 kV會(huì)晉二線94號(hào)位于高山大嶺，山區(qū)的采空區(qū)地表移動(dòng)規(guī)律與平地存在差異。山區(qū)采動(dòng)地表的移動(dòng)除了開(kāi)采導(dǎo)致的移動(dòng)外，由于采動(dòng)巖層及地表移動(dòng)結(jié)果，使山體原有的應(yīng)力平衡受到破壞，誘發(fā)山體變化。

在近水平煤層開(kāi)采條件下，山區(qū)開(kāi)采影響范圍內(nèi)的地表移動(dòng)與變形采空區(qū)中心，高差遠(yuǎn)大于地表下沉值，在同樣的地質(zhì)采礦條件下，山區(qū)地表移動(dòng)的影響范圍比平地偏大，其移動(dòng)角和影響范圍的大小與相應(yīng)的地形特征有關(guān)。

可以看出，位于山區(qū)的輸電線路桿塔受采空區(qū)的影響更大，一旦采空區(qū)發(fā)生塌陷，其水平位移就大于平地，如出現(xiàn)塌陷坑、塌陷槽和采動(dòng)滑坡還可能導(dǎo)致倒塔、斷線事故[2]。

4 采空區(qū)的防護(hù)措施

500 kV會(huì)晉二線采空區(qū)桿塔均采用大板基礎(chǔ)。經(jīng)過(guò)6個(gè)月的技術(shù)攻關(guān)成功研制出“500 kV輸電線路傾斜桿塔扶正裝置”，在地質(zhì)環(huán)境變化穩(wěn)定后結(jié)合停電檢修，于2011年11月成功對(duì)會(huì)晉二線94號(hào)桿塔進(jìn)行扶正，見(jiàn)圖2。后期對(duì)線路傾斜進(jìn)行跟蹤測(cè)量，未發(fā)生明顯變化，扶正效果良好[3]。

圖2 會(huì)晉二線94號(hào)桿塔扶正現(xiàn)場(chǎng)

通過(guò)對(duì)500 kV會(huì)晉二線桿塔傾斜分析，并成功扶正，總結(jié)出以下幾項(xiàng)防護(hù)措施。

4.1 釋放導(dǎo)地線張力

桿塔傾斜后，為防止架空地線斷裂、地線橫擔(dān)受損或?qū)У鼐€短路，可以打開(kāi)直線桿塔導(dǎo)地線懸垂線夾，使兩側(cè)導(dǎo)地線應(yīng)力平衡。順序?yàn)橄柔尫偶芸盏鼐€懸垂線夾，后釋放導(dǎo)線懸垂線夾，防止導(dǎo)線不平衡張力釋放后，加大架空地線的不平衡張力。在打開(kāi)架空地線的懸垂線夾前，應(yīng)先將其張力通過(guò)工器具轉(zhuǎn)移，防止發(fā)生跑線，傷及作業(yè)人員或地線發(fā)生跳躍。

4.2 調(diào)整和更換塔腳板

當(dāng)鐵塔出現(xiàn)傾斜后，通過(guò)調(diào)整塔腳板高度是最簡(jiǎn)單的扶正桿塔方法。如設(shè)計(jì)采用了加長(zhǎng)地腳螺栓，則對(duì)于一般的鐵塔傾斜都可以用墊高塔腳板的辦法扶正。如未采用加長(zhǎng)地腳螺栓或地腳螺栓不足以調(diào)平塔腿，可以采用更換塔腳板的辦法扶正鐵塔。更換的塔腳板為預(yù)先按照最大下沉值加工好的異型塔腳板，安裝后，其對(duì)應(yīng)的主材高度應(yīng)正好與沉降值最小的塔腿在一個(gè)高度。

4.3 采用大板基礎(chǔ)

采空區(qū)塌陷會(huì)引起根開(kāi)變化、基礎(chǔ)的不均勻沉降，造成對(duì)桿塔的破壞。防止根開(kāi)發(fā)生改變，可將桿塔的基礎(chǔ)澆鑄在一起，使其相對(duì)位置固定，形成大板基礎(chǔ)，提高基礎(chǔ)抗變形能力。

4.4 更換桿塔

若桿塔變形嚴(yán)重，超過(guò)允許變形值，則需要更換桿塔。更換桿塔應(yīng)合理選擇路徑和塔型，避免再次發(fā)生變形、傾斜。

4.5 安裝在線監(jiān)測(cè)裝置

在采空區(qū)安裝桿塔傾斜在線監(jiān)測(cè)裝置可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)桿塔傾斜，及時(shí)采取防范措施，防止其發(fā)展為重大事故。

4.6 研發(fā)桿塔扶正裝置

桿塔扶正在輸電線路運(yùn)行中具有顯而易見(jiàn)的優(yōu)勢(shì)。按照傳統(tǒng)的辦法，需要在原鐵塔附近另外找個(gè)位置重新立塔。組立新鐵塔工期較長(zhǎng)，其中還要長(zhǎng)時(shí)間的停電施工，這將影響到線路所承擔(dān)的供電范圍。桿塔扶正只需要較短的停電作業(yè)時(shí)間，不僅將停電的影響降到最低，同時(shí)，還節(jié)省了大量建設(shè)資金和工期，保證對(duì)用戶的供電。

［1］ 孟遂民，孔偉.架空輸電線路設(shè)計(jì)［M］.北京：中國(guó)電力出版社，2007：143-145.

［2］ 易輝，張愛(ài)軍，劉亞新，等.DL/T 741—2010 架空輸電線路運(yùn)行規(guī)程［S］.北京：中國(guó)電力出版社，2010：12.

［3］ 胡毅.送變電帶電作業(yè)技術(shù)［M］.北京：中國(guó)電力出版社，2004：62-65.