西部輸電線(xiàn)路走廊采空區(qū)穩(wěn)定性評(píng)估方法研究★

陳 震 彭 赤

(1.江漢大學(xué)機(jī)電與建筑工程學(xué)院，湖北 武漢 430056； 2.貴州電網(wǎng)公司生產(chǎn)設(shè)備管理部，貴州 貴陽(yáng) 550002)

西部輸電線(xiàn)路走廊采空區(qū)穩(wěn)定性評(píng)估方法研究★

陳 震1彭 赤2

(1.江漢大學(xué)機(jī)電與建筑工程學(xué)院，湖北 武漢 430056； 2.貴州電網(wǎng)公司生產(chǎn)設(shè)備管理部，貴州 貴陽(yáng) 550002)

在對(duì)貴州西部輸電線(xiàn)路災(zāi)害狀況進(jìn)行調(diào)查和研究的基礎(chǔ)上，評(píng)價(jià)了小型采空區(qū)的穩(wěn)定性，并對(duì)大中型采空區(qū)地表變形及影響范圍的確定方式進(jìn)行了探討，提出了采空區(qū)穩(wěn)定性評(píng)估方案，為以后采空區(qū)的穩(wěn)定性評(píng)估提供了參考。

輸電線(xiàn)路，采空區(qū)，穩(wěn)定性，評(píng)估方法

貴州省西部地區(qū)是貴州的主要煤炭產(chǎn)區(qū)，由于區(qū)內(nèi)煤炭資源的大量開(kāi)采形成采空區(qū)，引發(fā)地面塌陷、地裂縫、滑坡、崩塌等地質(zhì)災(zāi)害，對(duì)輸電線(xiàn)路在選線(xiàn)、架設(shè)及運(yùn)行期間造成很大的安全隱患。本文在有關(guān)單位針對(duì)其災(zāi)害狀況進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查和研究的基礎(chǔ)上，提出了貴州西部輸電線(xiàn)路走廊采空區(qū)穩(wěn)定性評(píng)估方案。

1 采空區(qū)特征

貴州巖溶山區(qū)小型煤礦采空區(qū)多呈巷道式，范圍狹窄，地表變形類(lèi)型為塌陷和開(kāi)裂，塌陷呈橢圓狀，裂縫一般表現(xiàn)為上寬下窄，無(wú)明顯位移。大中型煤礦采空區(qū)的地表變形主要形成地表下陷區(qū)。初始時(shí)位于采空區(qū)上方，當(dāng)?shù)叵虏煽蘸螅S之產(chǎn)生地表變形，開(kāi)始形成凹地，并隨著采空區(qū)不斷擴(kuò)大而發(fā)展。采空區(qū)地表變形具有明顯的不連續(xù)性特點(diǎn)[1-3]。

2 采空區(qū)穩(wěn)定性評(píng)估

2.1 小型采空區(qū)穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

穩(wěn)定性分區(qū)評(píng)價(jià)表見(jiàn)表1。

表1 穩(wěn)定性分區(qū)評(píng)價(jià)表

貴州巖溶山區(qū)的小型煤礦采空區(qū)頂板穩(wěn)定性分區(qū)可按表1進(jìn)行，其穩(wěn)定性可采用式(1)計(jì)算。

(1)

其中，Q為采空段頂板上的壓力，kN/m；P0為建筑物基底單位壓力，kN/m2；G為巷道單位長(zhǎng)度頂板上巖層所受的總應(yīng)力，kN/m；B為巷道寬度，m；φ為巖層的內(nèi)摩擦角，(°)；f為巷道單位長(zhǎng)度側(cè)壁的摩阻力，kN/m；γ為上覆巖層的重度，kN/m3；H為巷道頂板的埋藏深度，m。

當(dāng)H增大到某一深度，使頂板巖層呈自然平衡(即Q=0)，此時(shí)的H稱(chēng)為臨界深度H0；

(2)

當(dāng)H1.5H0時(shí)，地基穩(wěn)定。

2.2 大中型采空區(qū)地表變形及影響范圍確定

2.2.1 水平煤層、緩傾斜及傾煤層地表移動(dòng)與變形預(yù)測(cè)計(jì)算

1)地表最大下沉值。

a.首次采動(dòng)時(shí)，充分采動(dòng)情況下的最大下沉值計(jì)算：

Wmax=ηmcosα

(3)

其中，Wmax為最大下沉值，mm；m為礦層的真厚度，m；α為礦層傾角，(°)；η為下沉系數(shù)，mm/m，初次采動(dòng)取0.7，重復(fù)采動(dòng)取0.85。

b.首次采動(dòng)時(shí)，非充分采動(dòng)情況下的下沉值計(jì)算：

(4)

其中，W為下沉值，mm；n1，n2分別為礦層傾斜方向與走向方向的采動(dòng)程度系數(shù)；H為平均開(kāi)采深度，m；D1，D2分別為采空區(qū)沿傾斜方向與走向方向的實(shí)際尺寸，m。

c.重復(fù)開(kāi)采時(shí)，非充分采動(dòng)情況下的下沉值計(jì)算：

(5)

其中，H1為前次采動(dòng)的上覆巖層厚度，m；H為本次開(kāi)采深度，m。

2)地表最大傾斜、最大曲率、最大水平移動(dòng)和變形的預(yù)測(cè)[4-6]。

a.最大傾斜值：

(6)

b.最大曲率：

(7)

c.最大水平移動(dòng)值：

Umax=bWmax

(8)

d.最大水平變形值：

(9)

其中，R為地面影響半徑；b為水平移動(dòng)系數(shù)，0.2～0.3。

3)地表移動(dòng)速度移動(dòng)過(guò)程的持續(xù)時(shí)間。

根據(jù)礦井中覆巖類(lèi)型、頂板管理方式等條件，地表最大下沉速度可按式(10)計(jì)算[4-6]：

(10)

其中，Vfm為最大下沉速度，mm/d；k為下沉速度系數(shù)，取1.8；Wfm為最大下沉值，mm；C為工作面推進(jìn)速度，m/d；H為平均開(kāi)采深度，m。

按地表下沉速度大小，地表移動(dòng)期一般分成3個(gè)階段，即：開(kāi)始階段、活躍階段、衰退階段。其時(shí)間分別用T1，T2，T3來(lái)表示，地表移動(dòng)的總時(shí)間用T來(lái)表示，其計(jì)算公式見(jiàn)式(11)～式(13)[4-6]。

(11)

(12)

T1=0.2T2，T3=T-1.2T2

(13)

2.2.2 移動(dòng)范圍的確定

由于貴州巖溶山區(qū)采空區(qū)地表變形具有明顯的非連續(xù)性的特點(diǎn)，線(xiàn)路塔位設(shè)計(jì)時(shí)因盡量避開(kāi)采空區(qū)的影響范圍。根據(jù)野外調(diào)查，以及采空區(qū)沉降監(jiān)測(cè)進(jìn)行反推演算，其移動(dòng)范圍可根據(jù)移動(dòng)角進(jìn)行確定，見(jiàn)表2。

表2 采空區(qū)地表移動(dòng)范圍的確定 (°)

2.2.3 安全開(kāi)采深度確定

根據(jù)貴州巖溶山區(qū)的煤礦的特點(diǎn)，結(jié)合各煤礦采空地表變形情況調(diào)查，統(tǒng)計(jì)分析后，提出安全開(kāi)采深度可按式(14)估算：

H=KM

(14)

其中，H為安全開(kāi)采深度，m；K為安全系數(shù)，見(jiàn)表3；M為煤層采出厚度，m。

表3 安全系數(shù)K值表

3 措施及建議

1)為了不影響輸電線(xiàn)路的正常運(yùn)營(yíng)，在新建線(xiàn)路勘測(cè)時(shí)，以盡量避開(kāi)采空區(qū)為宜，尤其是礦層急傾斜的礦區(qū)或地表具有非連續(xù)性變形的區(qū)域更應(yīng)如此。

2)新建線(xiàn)路不可避免通過(guò)煤礦區(qū)的，可采用以下方法進(jìn)行處治：

a.煤礦尚未開(kāi)采區(qū)，建議預(yù)留保護(hù)煤柱或者圈定禁采范圍。

b.煤礦處于臨界安全開(kāi)采深度范圍，地面僅產(chǎn)生輕微變形的地段，線(xiàn)路塔基設(shè)計(jì)應(yīng)加強(qiáng)基礎(chǔ)剛度和上部結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，例如采用大板加柔性基礎(chǔ)或聯(lián)合基礎(chǔ)、門(mén)桿或V字形塔等。

3)對(duì)線(xiàn)路塔基產(chǎn)生危害的已形成的煤礦采空區(qū)，可采用以下方法進(jìn)行處治：

a.對(duì)于線(xiàn)路處于地表傾斜大于6 mm/m、地表曲率大于0.4 mm/m2、地表水平變形大于4 mm/m，或者是地表變形不連續(xù)的區(qū)域，建議改線(xiàn)。

b.對(duì)于線(xiàn)路處于地表傾斜小于6 mm/m、地表曲率小于0.4 mm/m2、地表水平變形小于4 mm/m的，可采用基礎(chǔ)帶電復(fù)位、帶電扶正塔身、帶電提升，加固原基礎(chǔ)等應(yīng)急措施。通過(guò)以上處理方式處理后，應(yīng)對(duì)相應(yīng)塔位進(jìn)行監(jiān)測(cè)，若再次出現(xiàn)危害，建議改線(xiàn)。

[1] 劉世春.紅神鐵路邊不拉煤礦采空區(qū)穩(wěn)定性評(píng)價(jià)[J].山西建筑，2010，36(6):285-286.

[2] 白新春，陳海波.煤礦采空區(qū)場(chǎng)地穩(wěn)定性評(píng)價(jià)以晉城500 kV變電站出線(xiàn)走廊為例[J].電力勘測(cè)設(shè)計(jì)，2007(2):11-14.

[3] 楊建華，唐錫彬，趙 健，等.采空區(qū)對(duì)輸電線(xiàn)路塔基影響的安全評(píng)價(jià)及應(yīng)急處理[J].遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2012(8):456-460.

[4] GB 50548-2010，330 kV～750 kV架空輸電線(xiàn)路勘測(cè)規(guī)范[S].

[5] DL/T 5122-2000，500 kV架空送電線(xiàn)路勘測(cè)技術(shù)規(guī)程[S].

[6] DLT 5076-2008，220 kV及以下架空送電線(xiàn)路勘測(cè)技術(shù)規(guī)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★：江漢大學(xué)機(jī)電與建筑工程學(xué)院項(xiàng)目資金資助(項(xiàng)目編號(hào)：機(jī)建J2008[2013])

陳 震(1975- )，男，講師； 彭 赤(1976- )，男，高級(jí)工程師

TD822

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