采空區(qū)塌陷桿塔傾斜治理技術(shù)研究

楊家威

（山西煤炭進(jìn)出口集團(tuán)左云韓家洼煤業(yè)有限公司，山西 大同 037000）

1 概 述

煤礦采空區(qū)大面積塌陷會(huì)導(dǎo)致輸電線路桿塔地基傾斜，出現(xiàn)斷線等輸電線路故障，甚至發(fā)生倒塔事故，造成很大的經(jīng)濟(jì)損失。研究采空區(qū)塌陷桿塔傾斜治理方法，降低因采空區(qū)塌陷對(duì)輸電線路的影響，是有非?，F(xiàn)實(shí)意義的工作。

山西煤炭進(jìn)出口集團(tuán)左云韓家洼煤業(yè)（下稱韓家洼煤業(yè)）35 kV 變電站采用雙回路供電，電源分別來(lái)自長(zhǎng)春興110 kV 變電站35 kV 母線側(cè)。長(zhǎng)～韓Ⅰ回（321）輸電線路長(zhǎng)約5 km，沿途共架設(shè)27 個(gè)桿塔；長(zhǎng)～韓Ⅱ回（322）輸電線路長(zhǎng)約4.5 km，沿途共架設(shè)25 個(gè)鐵塔。該礦在例行巡線過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)～韓Ⅱ回（322）輸電線路19#桿塔向東南方向發(fā)生傾斜，通過(guò)儀器測(cè)量19#桿塔塔基東西向傾斜4°，南北向傾斜2°，如圖1。19#桿塔位于韓家洼煤業(yè)原22202 工作面采空區(qū)上方，初步判定桿塔傾斜是采空區(qū)塌陷造成的。

圖1 Ⅱ回（322）線路19#桿塔傾斜圖

2 采空區(qū)塌陷形成機(jī)理

當(dāng)采空區(qū)出現(xiàn)后，上覆巖層失去了煤層的支撐，打破了原有的應(yīng)力平衡，上覆巖層失去支撐產(chǎn)生移動(dòng)變形，直到破壞塌落。破斷應(yīng)力逐漸向上傳導(dǎo)，受坍塌影響地表面開(kāi)始下沉，最后達(dá)到新的應(yīng)力平衡，在地表形成一個(gè)大于采空區(qū)的沉陷區(qū)域，通常稱為下沉盆地。

下沉盆地是隨著工作面的推進(jìn)逐步形成的。工作面從切眼向前推進(jìn)，首先直接頂垮落，接著老頂無(wú)法承受上覆巖層的壓應(yīng)力，發(fā)生垮落下沉，沉降傳遞到地面，地表形成裂縫，裂縫一側(cè)開(kāi)始傾斜下沉，形成下沉盆地的邊緣。隨著工作面的推進(jìn)，采空區(qū)面積不斷增大，地面影響范圍逐漸加大，下沉盆地也逐漸擴(kuò)大，形成下沉盆地的盆底區(qū)。工作面繼續(xù)推進(jìn)到保安煤柱，上覆巖層受保安煤柱的支撐力，其產(chǎn)生的下沉應(yīng)力不足以發(fā)生破斷，地應(yīng)力形成新的平衡，地面不再下沉，到達(dá)下沉盆地的邊緣區(qū)，最終形成一個(gè)完整的下沉盆地，其大小與上覆巖層巖性、工作面采高、地表面地貌特征等有關(guān)。

19#桿塔位于韓家洼煤業(yè)原22202 工作面采空區(qū)上方，該區(qū)域?yàn)榛牟菪逼?，坡度約為25°，地貌連續(xù)無(wú)臺(tái)階?，F(xiàn)場(chǎng)地面下沉明顯，距離19#桿塔約17 m 處地面有明顯裂紋，19#桿塔位于原22202 采空區(qū)形成塌陷區(qū)的靠近邊緣位置，受采空區(qū)塌陷影響不大。可以分析得出19#桿塔的傾斜是由于韓家洼煤業(yè)原22202 采空區(qū)塌陷引起，由于19#桿塔處于塌陷區(qū)邊緣，且現(xiàn)場(chǎng)地貌連續(xù)，所以桿塔只是發(fā)生傾斜，沒(méi)有形成大的斷線、倒塔事故。經(jīng)過(guò)觀察，桿塔傾斜沒(méi)有加劇，該塌陷區(qū)域已經(jīng)經(jīng)過(guò)活躍期，逐漸趨于穩(wěn)定，需要采取措施對(duì)桿塔進(jìn)行處理。

3 桿塔治理技術(shù)方案

根據(jù)其傾斜程度的不同桿塔治理通常采取塔腳板下加墊鐵、更換部件和抬高塔腳基礎(chǔ)等方法。各種方案的優(yōu)缺點(diǎn)及適用范圍見(jiàn)表1。韓家洼煤業(yè)供電線路19#桿塔傾斜程度不大，無(wú)需抬升塔腳基礎(chǔ)，主材及塔腳板沒(méi)有變形無(wú)需更換。通過(guò)計(jì)算最大塔腳高差為160 mm，桿塔地腳螺栓長(zhǎng)250 mm，根據(jù)傾斜程度適合采用提升塔腳板的方案。塔腳板下加墊鐵方案將拉線固定好后，常規(guī)方法采用架設(shè)三角架利用手動(dòng)葫蘆或者千斤頂將桿塔的一個(gè)塔腳板抬升。這種方式工程量大，桿塔全靠人為拉線臨時(shí)固定，調(diào)整精度不高，而且倒塔風(fēng)險(xiǎn)大。

韓家洼煤業(yè)根據(jù)實(shí)際情況，研制了一種簡(jiǎn)易微調(diào)裝置。該裝置連接在塔腳板與基礎(chǔ)砼之間，使兩者采用螺栓固定，相比手動(dòng)葫蘆或千斤頂操作簡(jiǎn)單可靠，并實(shí)現(xiàn)螺紋調(diào)距，調(diào)距精準(zhǔn)，可實(shí)現(xiàn)不停電作業(yè)，安全可靠，而且工程量最小，所以選用此方案。

此裝置主要由兩個(gè)構(gòu)件組成：通過(guò)螺栓與基礎(chǔ)砼固定的構(gòu)件1，和焊接在塔腳板上的構(gòu)件2，見(jiàn)圖2。構(gòu)件1 與構(gòu)件2 通過(guò)螺栓連接，穿過(guò)構(gòu)件2 的螺栓在構(gòu)件2 鐵板上下分別固定兩個(gè)螺母，通過(guò)調(diào)松上螺母同時(shí)擰緊下螺母，來(lái)實(shí)現(xiàn)塔腳板抬高，直至扶正桿塔。抬升的同時(shí)將墊鐵墊入塔腳板下，最后與塔腳板焊接成一體。為保證安全，在桿塔四角安排專人打設(shè)地錨設(shè)置拉線，根據(jù)桿塔方向調(diào)整拉線張緊度。

表1 常見(jiàn)桿塔傾斜治理方案對(duì)比

圖2 簡(jiǎn)易微調(diào)裝置構(gòu)件設(shè)計(jì)圖

4 應(yīng)用效果分析

經(jīng)過(guò)對(duì)比分析，采用了螺紋調(diào)距方案。該方案采用兩個(gè)構(gòu)件分別與混凝土地基和塔腳固定，通過(guò)兩構(gòu)件間螺栓微調(diào)安全高效的將塔身調(diào)正。微調(diào)裝置構(gòu)件現(xiàn)場(chǎng)安裝圖如圖3。通過(guò)實(shí)際應(yīng)用，達(dá)到了預(yù)期效果。本技術(shù)在高壓架空線路帶電情況下達(dá)到了塔身扶正目的，避免單回路運(yùn)行造成的安全風(fēng)險(xiǎn)，保障了線路雙回路安全供電要求，節(jié)約了成本，提高了效率，調(diào)整后桿塔如圖4。

圖3 微調(diào)裝置構(gòu)件現(xiàn)場(chǎng)安裝圖

圖4 調(diào)整后桿塔狀態(tài)

5 結(jié) 論

本文針對(duì)韓家洼煤業(yè)受采空區(qū)塌陷影響導(dǎo)致桿塔傾斜的問(wèn)題，分析了采空區(qū)塌陷形成機(jī)理，闡述了常規(guī)桿塔傾斜治理方案的優(yōu)缺點(diǎn)。韓家洼煤業(yè)根據(jù)自身實(shí)際，研制了一種簡(jiǎn)易微調(diào)裝置，巧妙地用螺栓連接代替了常規(guī)頂升、起吊方案，實(shí)現(xiàn)螺紋調(diào)距，操作簡(jiǎn)單，調(diào)距精準(zhǔn)，安全可靠。而且實(shí)現(xiàn)不停電調(diào)整，降低了檢修期間單回路運(yùn)行存在的風(fēng)險(xiǎn)，創(chuàng)造了礦井持續(xù)有效的供電環(huán)境，減少了對(duì)礦井生產(chǎn)的影響，此項(xiàng)技術(shù)值得推廣使用。