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采空区塌陷杆塔倾斜治理技术研究

发表时间：2021/7/1 来源：《建筑科技》2020年11月下作者：熊冠洲

[导读] 本文针对因采空区塌陷引起的杆塔倾斜问题，分析了采空区塌陷形成及杆塔倾斜作用机理，对比常规治理方案，创造性地提出了螺纹微距调整方案。该方案安全可靠，操作简便，实现不停电检修，保障了供电安全。

湖南省长沙市经研电力设计有限公司熊冠洲 410114

摘要：本文针对因采空区塌陷引起的杆塔倾斜问题，分析了采空区塌陷形成及杆塔倾斜作用机理，对比常规治理方案，创造性地提出了螺纹微距调整方案。该方案安全可靠，操作简便，实现不停电检修，保障了供电安全。
关键词：采空区；塌陷；杆塔倾斜
        1概述煤矿采空区大面积塌陷会导致输电线路杆塔地基倾斜，出现断线等输电线路故障，甚至发生倒塔事故，造成重大的经济损失。研究采空区塌陷杆塔倾斜治理方法，降低因采空区塌陷对输电线路的影响，是有非常现实意义的工作。
        案例：郴州某煤矿35kV变电站采用双回路供电，电源分别来自附近110kV变电站35kV母线侧。Ⅰ回输电线路长约5km，沿途共架设27个杆塔；Ⅱ回输电线路长约4．5km，沿途共架设25个铁塔。该矿厂在例行巡线过程中，发现Ⅰ回输电线路19#杆塔向东南方向发生倾斜，通过仪器测量19#杆塔塔基东西向倾斜4°，南北向倾斜2°。19#杆塔位于矿厂原采空区上方，初步判定杆塔倾斜是采空区塌陷造成的。
        2采空区塌陷形成机理当采空区出现后，上覆岩层失去了煤层的支撑，打破了原有的应力平衡，上覆岩层失去支撑产生移动变形，直到破坏塌落。破断应力逐渐向上传导，受坍塌影响地表面开始下沉，最后达到新的应力平衡，在地表形成一个大于采空区的沉陷区域，通常称为下沉盆地。下沉盆地是随着工作面的推进逐步形成的。工作面从切眼向前推进，首先直接顶垮落，接着老顶无法承受上覆岩层的压应力，发生垮落下沉，沉降传递到地面，地表形成裂缝，裂缝一侧开始倾斜下沉，形成下沉盆地的边缘。随着工作面的推进，采空区面积不断增大，地面影响范围逐渐加大，下沉盆地也逐渐扩大，形成下沉盆地的盆底区。工作面继续推进到保安煤柱，上覆岩层受保安煤柱的支撑力，其产生的下沉应力不足以发生破断，地应力形成新的平衡，地面不再下沉，到达下沉盆地的边缘区，最终形成一个完整的下沉盆地，其大小与上覆岩层岩性、工作面采高、地表面地貌特征等有关。19#杆塔位于矿厂原工作面采空区上方，该区域为荒草斜坡，坡度约为25°，地貌连续无台阶。现场地面下沉明显，距离19#杆塔约17m处地面有明显裂纹，19#杆塔位于原采空区形成塌陷区的靠近边缘位置，受采空区塌陷影响不大。可以分析得出19#杆塔的倾斜是由于矿厂原采空区塌陷引起，由于19#杆塔处于塌陷区边缘，且现场地貌连续，所以杆塔只是发生倾斜，没有形成大的断线、倒塔事故。经过观察，杆塔倾斜没有加剧，该塌陷区域已经经过活跃期，逐渐趋于稳定，需要采取措施对杆塔进行处理。
        3杆塔治理技术方案根据其倾斜程度的不同杆塔治理通常采取塔脚板下加垫铁、更换部件和抬高塔脚基础等方法。各种方案的优缺点及适用范围见表1。

        煤业供电线路19#杆塔倾斜程度不大，无需抬升塔脚基础，主材及塔脚板没有变形无需更换。通过计算最大塔脚高差为160mm，杆塔地脚螺栓长250mm，根据倾斜程度适合采用提升塔脚板的方案。塔脚板下加垫铁方案将拉线固定好后，常规方法采用架设三角架利用手动葫芦或者千斤顶将杆塔的一个塔脚板抬升。这种方式工程量大，杆塔全靠人为拉线临时固定，调整精度不高，而且倒塔风险大。矿厂根据实际情况，研制了一种简易微调装置。该装置连接在塔脚板与基础砼之间，使两者采用螺栓固定，相比手动葫芦或千斤顶操作简单可靠，并实现螺纹调距，调距精准，可实现不停电作业，安全可靠，而且工程量最小，所以选用此方案。此装置主要由两个构件组成：通过螺栓与基础砼固定的构件1，和焊接在塔脚板上的构件2。
        构件1与构件2通过螺栓连接，穿过构件2的螺栓在构件2铁板上下分别固定两个螺母，通过调松上螺母同时拧紧下螺母，来实现塔脚板抬高，直至扶正杆塔。抬升的同时将垫铁垫入塔脚板下，最后与塔脚板焊接成一体。为保证安全，在杆塔四角安排专人打设地锚设置拉线，根据杆塔方向调整拉线张紧度。
        4应用效果分析经过对比分析，采用了螺纹调距方案。该方案采用两个构件分别与混凝土地基和塔脚固定，通过两构件间螺栓微调安全高效的将塔身调正。通过实际应用，达到了预期效果。本技术在高压架空线路带电情况下达到了塔身扶正目的，避免单回路运行造成的安全风险，保障了线路双回路安全供电要求，节约了成本，提高了效率。
        5结论
        本文针对郴州某煤业受采空区塌陷影响导致杆塔倾斜的问题，分析了采空区塌陷形成机理，阐述了常规杆塔倾斜治理方案的优缺点。煤业公司根据自身实际，研制了一种简易微调装置，巧妙地用螺栓连接代替了常规顶升、起吊方案，实现螺纹调距，操作简单，调距精准，安全可靠。而且实现不停电调整，降低了检修期间单回路运行存在的风险，创造了矿井持续有效的供电环境，减少了对矿井生产的影响，此项技术值得推广使用。
参考文献：
[1]刘禹召. 关于长治地区采空区输电线路杆塔倾斜的治理[N]. 山西经济日报.2016.11
[2]贾雷亮. 采空区对架空输电线路的影响分析及其综合治理研究[D]. 华北电力大学.2012.6