西部输电线路走廊采空区稳定性评估方法研究★

陈 震 彭 赤

(1.江汉大学机电与建筑工程学院，湖北 武汉 430056； 2.贵州电网公司生产设备管理部，贵州 贵阳 550002)

西部输电线路走廊采空区稳定性评估方法研究★

陈 震1彭 赤2

(1.江汉大学机电与建筑工程学院，湖北 武汉 430056； 2.贵州电网公司生产设备管理部，贵州 贵阳 550002)

在对贵州西部输电线路灾害状况进行调查和研究的基础上，评价了小型采空区的稳定性，并对大中型采空区地表变形及影响范围的确定方式进行了探讨，提出了采空区稳定性评估方案，为以后采空区的稳定性评估提供了参考。

输电线路，采空区，稳定性，评估方法

贵州省西部地区是贵州的主要煤炭产区，由于区内煤炭资源的大量开采形成采空区，引发地面塌陷、地裂缝、滑坡、崩塌等地质灾害，对输电线路在选线、架设及运行期间造成很大的安全隐患。本文在有关单位针对其灾害状况进行详细调查和研究的基础上，提出了贵州西部输电线路走廊采空区稳定性评估方案。

1 采空区特征

贵州岩溶山区小型煤矿采空区多呈巷道式，范围狭窄，地表变形类型为塌陷和开裂，塌陷呈椭圆状，裂缝一般表现为上宽下窄，无明显位移。大中型煤矿采空区的地表变形主要形成地表下陷区。初始时位于采空区上方，当地下采空后，随之产生地表变形，开始形成凹地，并随着采空区不断扩大而发展。采空区地表变形具有明显的不连续性特点[1-3]。

2 采空区稳定性评估

2.1 小型采空区稳定性评价

稳定性分区评价表见表1。

表1 稳定性分区评价表

贵州岩溶山区的小型煤矿采空区顶板稳定性分区可按表1进行，其稳定性可采用式(1)计算。

(1)

其中，Q为采空段顶板上的压力，kN/m；P0为建筑物基底单位压力，kN/m2；G为巷道单位长度顶板上岩层所受的总应力，kN/m；B为巷道宽度，m；φ为岩层的内摩擦角，(°)；f为巷道单位长度侧壁的摩阻力，kN/m；γ为上覆岩层的重度，kN/m3；H为巷道顶板的埋藏深度，m。

当H增大到某一深度，使顶板岩层呈自然平衡(即Q=0)，此时的H称为临界深度H0；

(2)

当H1.5H0时，地基稳定。

2.2 大中型采空区地表变形及影响范围确定

2.2.1 水平煤层、缓倾斜及倾煤层地表移动与变形预测计算

1)地表最大下沉值。

a.首次采动时，充分采动情况下的最大下沉值计算：

Wmax=ηmcosα

(3)

其中，Wmax为最大下沉值，mm；m为矿层的真厚度，m；α为矿层倾角，(°)；η为下沉系数，mm/m，初次采动取0.7，重复采动取0.85。

b.首次采动时，非充分采动情况下的下沉值计算：

(4)

其中，W为下沉值，mm；n1，n2分别为矿层倾斜方向与走向方向的采动程度系数；H为平均开采深度，m；D1，D2分别为采空区沿倾斜方向与走向方向的实际尺寸，m。

c.重复开采时，非充分采动情况下的下沉值计算：

(5)

其中，H1为前次采动的上覆岩层厚度，m；H为本次开采深度，m。

2)地表最大倾斜、最大曲率、最大水平移动和变形的预测[4-6]。

a.最大倾斜值：

(6)

b.最大曲率：

(7)

c.最大水平移动值：

Umax=bWmax

(8)

d.最大水平变形值：

(9)

其中，R为地面影响半径；b为水平移动系数，0.2～0.3。

3)地表移动速度移动过程的持续时间。

根据矿井中覆岩类型、顶板管理方式等条件，地表最大下沉速度可按式(10)计算[4-6]：

(10)

其中，Vfm为最大下沉速度，mm/d；k为下沉速度系数，取1.8；Wfm为最大下沉值，mm；C为工作面推进速度，m/d；H为平均开采深度，m。

按地表下沉速度大小，地表移动期一般分成3个阶段，即：开始阶段、活跃阶段、衰退阶段。其时间分别用T1，T2，T3来表示，地表移动的总时间用T来表示，其计算公式见式(11)～式(13)[4-6]。

(11)

(12)

T1=0.2T2，T3=T-1.2T2

(13)

2.2.2 移动范围的确定

由于贵州岩溶山区采空区地表变形具有明显的非连续性的特点，线路塔位设计时因尽量避开采空区的影响范围。根据野外调查，以及采空区沉降监测进行反推演算，其移动范围可根据移动角进行确定，见表2。

表2 采空区地表移动范围的确定 (°)

2.2.3 安全开采深度确定

根据贵州岩溶山区的煤矿的特点，结合各煤矿采空地表变形情况调查，统计分析后，提出安全开采深度可按式(14)估算：

H=KM

(14)

其中，H为安全开采深度，m；K为安全系数，见表3；M为煤层采出厚度，m。

表3 安全系数K值表

3 措施及建议

1)为了不影响输电线路的正常运营，在新建线路勘测时，以尽量避开采空区为宜，尤其是矿层急倾斜的矿区或地表具有非连续性变形的区域更应如此。

2)新建线路不可避免通过煤矿区的，可采用以下方法进行处治：

a.煤矿尚未开采区，建议预留保护煤柱或者圈定禁采范围。

b.煤矿处于临界安全开采深度范围，地面仅产生轻微变形的地段，线路塔基设计应加强基础刚度和上部结构强度，例如采用大板加柔性基础或联合基础、门杆或V字形塔等。

3)对线路塔基产生危害的已形成的煤矿采空区，可采用以下方法进行处治：

a.对于线路处于地表倾斜大于6 mm/m、地表曲率大于0.4 mm/m2、地表水平变形大于4 mm/m，或者是地表变形不连续的区域，建议改线。

b.对于线路处于地表倾斜小于6 mm/m、地表曲率小于0.4 mm/m2、地表水平变形小于4 mm/m的，可采用基础带电复位、带电扶正塔身、带电提升，加固原基础等应急措施。通过以上处理方式处理后，应对相应塔位进行监测，若再次出现危害，建议改线。

[1] 刘世春.红神铁路边不拉煤矿采空区稳定性评价[J].山西建筑，2010，36(6):285-286.

[2] 白新春，陈海波.煤矿采空区场地稳定性评价以晋城500 kV变电站出线走廊为例[J].电力勘测设计，2007(2):11-14.

[3] 杨建华，唐锡彬，赵 健，等.采空区对输电线路塔基影响的安全评价及应急处理[J].辽宁工程技术大学学报(自然科学版)，2012(8):456-460.

[4] GB 50548-2010，330 kV～750 kV架空输电线路勘测规范[S].

[5] DL/T 5122-2000，500 kV架空送电线路勘测技术规程[S].

[6] DLT 5076-2008，220 kV及以下架空送电线路勘测技术规程[S].

Thewesttransmissionlinecorridorgoafstabilityevaluationmethods★

CHENZhen1PENGChi2
(1.SchoolofElectromechanicalandArchitecturalEngineering,JianghanUniversity,Wuhan430056,China; 2.GuizhouPowerGridCompanyProductionEquipmentManagementDepartment,Guiyang550002,China)

On the basis of investigating and studying west transmission line hazards conditions in Guizhou, the paper evaluates the stability of small-scale mined-out area, explores the determination methods of large-small-scale mined-out area deformation and influential scope, and finally puts forward mined-out area stability evaluation scheme, which has provided some guidance for stability evaluation in mined-out area.

transmission line, mined-out area, stability, evaluation method

1009-6825(2014)14-0067-03

2014-03-12★：江汉大学机电与建筑工程学院项目资金资助(项目编号：机建J2008[2013])

陈 震(1975- )，男，讲师； 彭 赤(1976- )，男，高级工程师

TD822

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