張宏波

（國網(wǎng)冀北電力有限公司秦皇島供電公司,河北 秦皇島 066000）

一、工程概況

（一）輸電線路概況

某750kV 輸電線沿線經(jīng)過國家規(guī)劃礦區(qū)的彬長(zhǎng)礦區(qū)，主要涉及小莊井田、亭南煤礦、大佛寺煤礦及彬長(zhǎng)詳查區(qū)。其中亭南煤礦和大佛寺煤礦在線路設(shè)計(jì)前已經(jīng)建礦并開始開采；小莊井田在線路建成以后取得礦權(quán)，并于2014 年8 月開始開采。具體到各塔位：15#～29#塔位（共15 基）在大佛寺煤礦開采范圍內(nèi)；14#塔位（共1 基）在亭南煤礦的采礦權(quán)范圍內(nèi)；3#～12#塔位（共10 基）在小莊井田內(nèi)；1#～2#、13#塔位（共3 基）在彬長(zhǎng)詳查區(qū)內(nèi)。

（二）采空區(qū)煤層埋藏特征

線路所經(jīng)地段的含煤地層為侏羅系中統(tǒng)延安組（J2y），根據(jù)沉積旋回及煤巖組合特征，將其劃分為三段，自下而上依次為一～三段，第一段含4煤，第二段含4上煤，第三段含1、2、3 煤。根據(jù)地質(zhì)資料，在線路評(píng)價(jià)范圍區(qū)內(nèi)4 煤大部可采，4 上煤及1、2、3 煤均為零星可采或不可采。

4 煤層位于延安組下部，在線路評(píng)價(jià)范圍區(qū)分布，結(jié)構(gòu)單一，可采面積561.3 萬m2，煤層厚度0～24.16m，平均厚度14.10m，屬特厚煤層，線路經(jīng)過地段4 煤層采深采厚比一般為30～100。

（三）采空區(qū)煤層埋藏特征

本次評(píng)價(jià)針對(duì)位于大佛寺煤礦的24#塔位開展，該煤礦開采方式為綜采，一次采全高。根據(jù)在該煤礦收集到的資料，大佛寺煤礦目前開采的40119 工作面位于24#塔位的下方。在平面位置上，24#塔位位于開采工作面中央，該工作面主要開采4 煤層，該煤層近水平，目前開采煤層厚度約11m。

二、輸電線路塔基地表變形預(yù)計(jì)

（一）預(yù)計(jì)方法

采空區(qū)地表變形預(yù)計(jì)目前使用較廣泛的概率積分法，其基礎(chǔ)為隨機(jī)介質(zhì)理論，因其預(yù)測(cè)公式中含有概率積分而得名。該方法將開采引起的地表移動(dòng)看作隨機(jī)事件，從統(tǒng)計(jì)學(xué)的角度，認(rèn)為任意開采條件下都可以把整個(gè)開采分解許多或無限多個(gè)微小單元的開采，整個(gè)開采對(duì)地表的影響等于所有單元開采的影響總和，因而可從單元開采入手，研究下沉盆地的方程式。下沉盆地的剖面在理想情況下，曲線呈正態(tài)分布，且與概率密度的分布一致。因此，整個(gè)開采引起的下沉盆地的剖面方程式，可表示為概率密度函數(shù)的積分公式。這種方法經(jīng)過眾多學(xué)者30 多年的研究，目前已成為我國較成熟的、應(yīng)用最為廣泛的采煤沉陷預(yù)測(cè)方法之一。

概率積分法地表移動(dòng)和變形計(jì)算原理圖如圖1 所示。

在煤層中開采某單元i，按概率積分法的基本原理，單元開采引起地表任意點(diǎn)（x,y）的下沉（最終值）為：

式中：r：主要影響半徑，r=H0/tgβ；H0：平均采深；tgβ：主要影響角β 的正切；li=Hictgθ，θ 為最大下沉角；（xi,yi):i 單元中心點(diǎn)的平面坐標(biāo)；（x,y）：地表任一點(diǎn)的坐標(biāo)。

（二）預(yù)計(jì)參數(shù)的確定

工程實(shí)際中地表移動(dòng)變形預(yù)計(jì)概率積分參數(shù)的確定主要有兩種途徑：1.通過礦山實(shí)測(cè)資料確定，由于根據(jù)實(shí)測(cè)資料確定的參數(shù)能客觀反映礦區(qū)地表移動(dòng)變形的情況，所以預(yù)測(cè)能取得較理想的效果；2.通過工程類比確定。工程類比適用于沒有實(shí)測(cè)資料的新礦山，它主要是根據(jù)礦山的地質(zhì)條件、巖層特性、采礦方法、頂板處理方式等綜合情況選取類似條件的礦山實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)來分析確定地表移動(dòng)參數(shù)，或直接取同類條件礦山已有的地表移動(dòng)參數(shù)來預(yù)測(cè)分析礦山地表移動(dòng)變形情況，但選取礦山條件的不同，會(huì)使確定的參數(shù)有很大出入，通常在本礦山開展監(jiān)測(cè)活動(dòng)后，利用實(shí)測(cè)資料確定的參數(shù)對(duì)工程類比參數(shù)進(jìn)行修正，以確保預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性。

本輸電線路所經(jīng)過的礦區(qū)目前暫未設(shè)置地表變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)，本次結(jié)合區(qū)域上覆巖性的綜合評(píng)價(jià)系數(shù)P 和地質(zhì)、開采技術(shù)條件，利用類比方法取相鄰礦區(qū)的參數(shù)，最終確定本工程地表移動(dòng)參數(shù)如表1。

表1 地表移動(dòng)預(yù)計(jì)參數(shù)

（三）地表變形預(yù)計(jì)

采用基于概率積分法的MSCS 開采沉陷預(yù)計(jì)系統(tǒng)對(duì)大佛寺煤礦40119 開采工作面開采后的沉陷變形進(jìn)行預(yù)估，該工作面開采結(jié)束后采空區(qū)最終的變形預(yù)估結(jié)果為：

1.最大下沉值：Wmax=-3137mm；

2.最大傾斜值：imax=19.6mm/m（東西方向）；

3.最大曲率值：Kmax=-0.28mm/m2（東西方向）；

4.最大水平移動(dòng)值：Umax=1217mm（東西方向）；

5.最大水平變形值：εmax=-17.05mm/m（東西方向）。

目前24#塔位于開采下沉盆地的中央，以下沉變形為主，下沉值約為3020mm；塔位處地表傾斜變形較小，傾斜值約為4.2mm/m，按塔位按對(duì)角跟開約為18m，則兩塔腿的最大沉降差為75.6mm；塔位處的水平變形為-4.05mm/m（東西方向）。若該塔位位于地表最大傾斜處，則塔位處下沉值約為1850mm，傾斜值約為19.6mm/m，沉降差為352.8mm。

可見，塔位在采空區(qū)中的位置不同，塔基的傾斜值也相差較大。目前24#塔位所在位置以下沉變形為主，傾斜相對(duì)較小。

三、輸電線路塔基穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

根據(jù)《架空送電線路基礎(chǔ)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》等相關(guān)規(guī)范的規(guī)定，普通基礎(chǔ)的輸電線路桿塔可承受的地基傾斜極限值為5‰（5mm/m）；根據(jù)規(guī)范中相關(guān)規(guī)定，桿塔在整體鋼筋混凝土基礎(chǔ)上的水平變形極限為7mm/m，而高壓線桿塔大板基礎(chǔ)在受力、結(jié)構(gòu)等方面與此吻合，因此取大板基礎(chǔ)水平變形極限值為7mm/m。

本次地表變形預(yù)計(jì)，24#塔位的傾斜值約為4.2mm/m，水平變形約為-4.05mm/m，均小于規(guī)范的最大限值，因此該塔位開采后塔基穩(wěn)定，可不采取結(jié)構(gòu)處理措施。若該塔基位于地表最大傾斜處，此時(shí)塔位處下沉值約為1850mm，傾斜值約為19.6mm/m，即使采用大板基礎(chǔ)，也無法滿足塔位穩(wěn)定性要求。

四、輸電線路桿塔應(yīng)急措施

與常規(guī)的工程不同，采空區(qū)的輸電線路在地表發(fā)生變形時(shí)一般不采用地基加固方案，而是采取以桿塔糾偏為主的處理方案。鑒于輸電線路的特點(diǎn)，采空區(qū)塌陷后地表變形程度不同所采取的應(yīng)急處理措施一般也有所區(qū)別，輸電線路工程中一般可采用以下應(yīng)急處理措施：（一）若采空區(qū)的地表沉降量不大、水平位移在規(guī)定以內(nèi)時(shí)，可采用帶電扶正鐵塔，如在鐵塔基礎(chǔ)下加墊塊扶正塔身或調(diào)節(jié)地腳螺栓扶正塔身，優(yōu)點(diǎn)是工期短、投資小、易實(shí)施，是最佳的臨時(shí)處理方案。（二）若采空區(qū)地表變形較大，且輸電線路桿塔基礎(chǔ)為獨(dú)立式基礎(chǔ)，可首先采取基礎(chǔ)加固措施，將塔基改為整體式基礎(chǔ)，如設(shè)置連梁，以增加基礎(chǔ)的整體性，然后進(jìn)行塔基糾偏，此類方法工期較長(zhǎng)，投資大，為保證鐵塔安全，尚需設(shè)置鐵塔拉線等輔助措施。（三）當(dāng)輸電線路鐵塔基礎(chǔ)變形超過允許值、鐵塔塔材發(fā)生較大的彎曲變形、鐵塔傾斜過大造成導(dǎo)線斷線時(shí)，則應(yīng)盡早改線。此外，在煤炭采空區(qū)的塔位，還應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，隨時(shí)掌握變形發(fā)展趨勢(shì)以便及時(shí)進(jìn)行應(yīng)急處理。

五、結(jié)論

通過對(duì)煤炭采空區(qū)的某750kV 輸電線路塔基地表變形的預(yù)計(jì)分析，對(duì)塔基在煤炭開采后的變形程度進(jìn)行了預(yù)估，結(jié)合塔基在采空區(qū)中的位置，對(duì)輸電線路塔基的穩(wěn)定性進(jìn)行了評(píng)價(jià)，通過以上分析得出以下結(jié)論：（一）若鐵塔位于開采工作面的中央，即地表移動(dòng)盆地的中間區(qū)，因塔基的傾斜值相對(duì)較小，塔位總體較安全；而當(dāng)塔基位于開采工作面邊緣，即地表移動(dòng)盆地邊緣區(qū)時(shí)，因塔基處地表的傾斜值較大，往往超過規(guī)范允許的變形限制，使鐵塔處于不安全狀態(tài)。（二）概率積分法用于采空區(qū)輸電線路塔基穩(wěn)定性評(píng)價(jià)時(shí)，當(dāng)無實(shí)測(cè)變形資料時(shí)，可通過考慮覆巖巖性、采深采厚比、工作面特點(diǎn)、開采條件等綜合確定地表移動(dòng)預(yù)計(jì)參數(shù)，該方法的定量評(píng)價(jià)結(jié)果為輸電線路塔基位置選擇、塔基基礎(chǔ)形式選擇及地表變形后桿塔應(yīng)急處理等提供了依據(jù)。（三）煤炭采空區(qū)輸電線路塔基的應(yīng)急處理應(yīng)結(jié)合地表變形程度、鐵塔傾斜水平及煤礦煤炭資源開采規(guī)劃選擇，處理措施宜短期措施和長(zhǎng)期措施相結(jié)合，以確保輸電線路正常運(yùn)行。