采空区对输电线路的影响及工程措施

1、采空区对输电线路的影响及工程措施刘华清 程永锋（国网北京电力建设研究院，北京市，100055）摘要： 本文针对采空区尤其是煤矿采空区开采沉陷特性，通过调研，比较全面地总结了采空区对输电线路的影响和危害，提出了采空区输电线路工程建设勘察、设计和地基处理的原则和方法，以期对同类工程的建设有一定的借鉴作用。关键词： 采空区，开采沉陷，输电线路，勘察，设计，地基处理中图分类号：TM726 文献标识码：A 文章编号：一、 前言我国煤炭资源丰富，分布范围较广，随着电网建设的快速发展，输电线路经过采空区尤其是煤矿采空区已不可避免。我国已有500kV及以下电压等级的多条输电线路经过煤矿采空区地段，目前正在建设

2、中的晋东南南阳荆门1000kV特高压输电线路工程也将在山西、河南两省穿越较长的采空区。由于目前对采空沉陷影响规律以及应对措施还没有充分认识，因采空沉陷导致输电线路基础产生不均匀沉降、铁塔倾斜、绝缘子串倾斜的事故经常发生，甚至引发过故障跳闸。因此，深入研究采空沉陷对输电线路的影响规律以及相应的应对措施，对保障电网的安全稳定运行，具有重要的理论和实践意义。二、 采空区对输电线路的影响采空区是指地下矿产被采出后留下的空洞区。在矿产被采出后，上覆岩层的原始应力平衡遭到破坏，采空区周围的岩层失去支撑，而向采空区内逐渐移动，上覆岩层随之产生变形、离层、裂缝甚至破坏垮落，岩层和地表的移动过程将持续发展到所有

3、被采动岩层都达到新的平衡为止。这个过程称为“矿山开采沉陷”，其范围称为开采沉(塌)陷区。矿山开采沉陷程度与覆岩的性质、产状、埋深、开采规模、开采方法以及顶板管理方法等有关。采空区对地表的影响主要是垂直方向的移动和变形(沉降、倾斜、曲率)与水平方向的移动和变形(水平移动、拉伸和压缩)。受采空区地表沉陷的影响，输电线路杆塔基础可能发生下沉、倾斜、移位、扭曲等破坏，基础外趴、错台，进而使杆塔的根开和各塔腿高差发生变化，塔体结构产生较大的附加应力，并可能导致导线对地距离、电气间歇等产生变化，直接威胁铁塔安全及整个线路的稳定运行。目前煤矿采空区建成并投入运行的500kV及以下电压等级的输电线路中，有相当

4、一部分线路的杆塔及基础因地表沉陷、开裂等原因受到不同程度的影响和破坏，部分资料如下：山西长治市境内的110kV漳库、回1522号塔、库襄线26号塔、1744号塔和220kV漳长、回1115号塔均出现基础不均匀沉降、水平位移及塔身变形等现象。其中位于采空区地表移动盆地中心的库襄线5号塔，地表下降4m多、塔脚落差300mm、内收400mm，位于采空区边缘的漳库、回15号塔，一侧下沉较多，并向谷底滑落，东北侧基础下沉1000mm，塔位横线路位移1140mm。阳淮500kV架空输电线路第二回路的G塔及第三回路的S塔塔腿斜材、横隔面水平材及斜材均产生变形，铁塔倾斜。杆塔四个塔腿不均匀沉降最大为141mm

5、，根开变化最大达97mm。G塔向北整体移动685mm。贵州省境内的220kV输电线路站鸡回021塔由于采空区影响，塔基下沉70mm100mm，塔身发生倾斜，严重影响了021塔的稳定，对220kV输电线路的安全构成了威胁。阳城电厂东明I回500kV输电线路G55#塔由于基础的不均匀沉降，造成铁塔的倾斜，铁塔正面倾斜为9.44，铁塔侧面倾斜为4.88。侯马榆社入晋城500kV输电线路125塔基础不均匀沉降最大达421mm，杆塔向南偏离中心线525mm。三、 采空区输电线路建设工程措施由于采空沉陷影响规律的复杂性以及输电线路安全运营的重要性，采空区输电线路工程必须在建设的每一个环节都给予充分重视并采

6、取有效措施，避让、预防、治理相结合，确保线路安全、稳定运行。3.1采空区输电线路工程勘察工程勘察是采空区输电线路建设中非常重要的一环，其路径和塔位的选择直接决定了工程建设的投资大小和难易程度，对输电线路建设及线路建成后的安全稳定运行至关重要。按岩土工程勘察规范(GB50021-2001)要求，采空区输电线路勘察等级为甲级，应查明老采空区上覆岩层的稳定性，预测现采空区和未来采空区的地表移动、变形的特征和规律，判定其作为工程场地的适宜性。采空区的勘察宜以搜集资料、调查访问、现场勘测为主，对于地质、采矿资料匮乏，或者所收集的资料可信度较低时，应进行必要的钻探和物探，进一步探明地质和开采情况，以便对地

7、基的稳定性进行准确评价。线路路径和塔位的选择应本着安全、经济的原则，尽可能避开采空区，必须经过采空区时，宜选择地质资料齐全、开采正规、变形已趋于稳定国有大矿采空区移动盆地中间地带。条件许可时，线路路径可选择靠近留设保护煤柱的村庄、水库、公路、铁路、煤矿工业广场等地面建筑附近通过。应尽量避开开采不规范、相应资料不齐全且不准确的小煤窑、黑煤窑，容易产生地表裂缝和不均匀变形的采空边缘区等不利位置。3.2采空区输电线路工程设计采空区输电线路设计是一个综合工程，由于采空区地表变形的必然性和不可预见性，勘察、结构、电气应紧密配合，采取综合处理措施，以确保输电线路的安全稳定运行。电气设计时要考虑到可能的地表

8、变形对杆塔结构和电气设备的影响，电气间歇、导线对地距离、呼称高等相关指标应留有足够的裕度。结构设计应增强杆塔和基础抗变形的能力，同时尽可能减小基底附加压力，减少老采空区活化的可能性。杆塔结构方面，可以选择抗变形能力较强的结构型式，如拉V塔等；也可在必要时将直线塔改为转角塔，以应对可能的水平位移。杆塔基础方面，一是应预留足够的纠偏裕度，如加长地脚螺栓的可调长度等；一是采用抵抗地表变形能力较强的基础形式，如大板结构柔性基础、联合式基础等。3.3采空区输电线路地基处理当预计地基变形超过杆塔基础和结构的容许值时，就必须进行地基处理。目前采空区地基处理方法较多，大致可分为以下四种：第一类是采用控制地表沉

9、降的开采技术 如房柱式采煤方法、条带开采方法、水砂充填采煤方法、预留煤柱法等，或者减少煤炭开采量、或者对采空区加以充填，从技术上都是可行的，关键在于其经济上的合理性。第二类是设置变形缓冲带，如缓冲沟，简单易行，且具有较好的效果。第三类是释放下伏采空区沉降潜力 可以采用井下复采或爆破法、堆载预压法、高能级强夯法、水诱导沉降法等，主要是针对浅部采空区，在线路基础施工前使采空沉陷基本完成，地基初步稳定。第四类是针对采空区进行加固处理 如支撑式加固法、全充填压力注浆加固法、覆岩离层注浆法、土工合成材料法等，主要是增强下部地基的整体稳定性，从根本上减少地基变形。目前，在地下采空区的处治技术方面，国内外尚

10、没有相对完善的技术规程与规范，每种地基处理方法都有它的优点和局限性，应针对具体工程采取具体措施，不可一概而论，同时，必须采取措施确保地基处理工程质量。四、 结语1开采沉陷会影响输电线路线路的安全运行，工程建设时必须采取有力措施，确保输电线路安全稳定运行。2采空区输电线路建设中，工程勘察最为关键，其路径和塔位选择直接决定了工程建设的投资大小和难易程度；线路设计时考虑到采空沉陷的必然性，电气设计相关指标应留有足够裕度，结构设计时应采用抗变形能力较强的基础形式和杆塔方案，并应预留一定的纠偏裕度；采空区地基处理应确保方案的有效性，并应采取措施保证地基处理的工程质量。3由于采空沉陷规律的不确定性和输电线

11、路工程安全稳定运行的重要性，建议加强研究输电线路的在线监测技术和线路的抢修技术，对于确保及时发现问题并采取有效措施保证电网的安全运行有重大意义。4根据我国煤矿采空区多条线路的建设运行经验，只要我们充分重视并采取有效措施，是可以保证采空区输电线路的安全稳定运行的。五、参考文献1、张建强、杨昆、王予东、汤跃超，煤矿采空区地段高压输电线路铁塔地基处理的研究，电网技术，2006年1月。2、史振华，采空区输电线路直线自立塔基础沉降及处理方案，山西电力技术，1997年6月。3、陈海波，急倾斜煤层采空区某铁塔变形治理与监测，岩土力学，2003年10月第24卷增刊。4、丁坚平、郑玉元、余大龙，220kV输电线

12、路021塔地基稳定性评价，贵州水力发电，1997年1月。作者简介：LIU Hua-qingMale, MS, associate director of Rock and Soil Laboratory, Grid Technology Research Institute of EPCRI, mainly engages in electric engineering foundation research and engineering management.Address： No. 33, Guanganmen South Binhe Road, Xuanwu District, Beijing, 100055PhoneFax-mail：lhqCHENG Yong-fengMale, Doctor, Senior Engineer, director of Grid Technology Research Institute of EPCRI, mainly engages in electric engineering foundation, special soil foundation managi