西部輸電線路走廊采空區穩定性評估方法研究★

陳 震 彭 赤

(1.江漢大學機電與建筑工程學院，湖北 武漢 430056； 2.貴州電網公司生產設備管理部，貴州 貴陽 550002)

西部輸電線路走廊采空區穩定性評估方法研究★

陳 震1彭 赤2

(1.江漢大學機電與建筑工程學院，湖北 武漢 430056； 2.貴州電網公司生產設備管理部，貴州 貴陽 550002)

在對貴州西部輸電線路災害狀況進行調查和研究的基礎上，評價了小型采空區的穩定性，并對大中型采空區地表變形及影響范圍的確定方式進行了探討，提出了采空區穩定性評估方案，為以后采空區的穩定性評估提供了參考。

輸電線路，采空區，穩定性，評估方法

貴州省西部地區是貴州的主要煤炭產區，由于區內煤炭資源的大量開采形成采空區，引發地面塌陷、地裂縫、滑坡、崩塌等地質災害，對輸電線路在選線、架設及運行期間造成很大的安全隱患。本文在有關單位針對其災害狀況進行詳細調查和研究的基礎上，提出了貴州西部輸電線路走廊采空區穩定性評估方案。

1 采空區特征

貴州巖溶山區小型煤礦采空區多呈巷道式，范圍狹窄，地表變形類型為塌陷和開裂，塌陷呈橢圓狀，裂縫一般表現為上寬下窄，無明顯位移。大中型煤礦采空區的地表變形主要形成地表下陷區。初始時位于采空區上方，當地下采空后，隨之產生地表變形，開始形成凹地，并隨著采空區不斷擴大而發展。采空區地表變形具有明顯的不連續性特點[1-3]。

2 采空區穩定性評估

2.1 小型采空區穩定性評價

穩定性分區評價表見表1。

表1 穩定性分區評價表

貴州巖溶山區的小型煤礦采空區頂板穩定性分區可按表1進行，其穩定性可采用式(1)計算。

(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為巷道單位長度頂板上巖層所受的總應力，kN/m；B為巷道寬度，m；φ為巖層的內摩擦角，(°)；f為巷道單位長度側壁的摩阻力，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H增大到某一深度，使頂板巖層呈自然平衡(即Q=0)，此時的H稱為臨界深度H0；

(2)

當H1.5H0時，地基穩定。

2.2 大中型采空區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與變形預測計算

1)地表最大下沉值。

a.首次采動時，充分采動情況下的最大下沉值計算：

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，mm/m，初次采動取0.7，重復采動取0.85。

b.首次采動時，非充分采動情況下的下沉值計算：

(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程度系數；H為平均開采深度，m；D1，D2分別為采空區沿傾斜方向與走向方向的實際尺寸，m。

c.重復開采時，非充分采動情況下的下沉值計算：

(5)

其中，H1為前次采動的上覆巖層厚度，m；H為本次開采深度，m。

2)地表最大傾斜、最大曲率、最大水平移動和變形的預測[4-6]。

a.最大傾斜值：

(6)

b.最大曲率：

(7)

c.最大水平移動值：

Umax=bWmax

(8)

d.最大水平變形值：

(9)

其中，R為地面影響半徑；b為水平移動系數，0.2～0.3。

3)地表移動速度移動過程的持續時間。

根據礦井中覆巖類型、頂板管理方式等條件，地表最大下沉速度可按式(10)計算[4-6]：

(10)

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

按地表下沉速度大小，地表移動期一般分成3個階段，即：開始階段、活躍階段、衰退階段。其時間分別用T1，T2，T3來表示，地表移動的總時間用T來表示，其計算公式見式(11)～式(13)[4-6]。

(11)

(12)

T1=0.2T2，T3=T-1.2T2

(13)

2.2.2 移動范圍的確定

由于貴州巖溶山區采空區地表變形具有明顯的非連續性的特點，線路塔位設計時因盡量避開采空區的影響范圍。根據野外調查，以及采空區沉降監測進行反推演算，其移動范圍可根據移動角進行確定，見表2。

表2 采空區地表移動范圍的確定 (°)

2.2.3 安全開采深度確定

根據貴州巖溶山區的煤礦的特點，結合各煤礦采空地表變形情況調查，統計分析后，提出安全開采深度可按式(14)估算：

H=KM

(14)

其中，H為安全開采深度，m；K為安全系數，見表3；M為煤層采出厚度，m。

表3 安全系數K值表

3 措施及建議

1)為了不影響輸電線路的正常運營，在新建線路勘測時，以盡量避開采空區為宜，尤其是礦層急傾斜的礦區或地表具有非連續性變形的區域更應如此。

2)新建線路不可避免通過煤礦區的，可采用以下方法進行處治：

a.煤礦尚未開采區，建議預留保護煤柱或者圈定禁采范圍。

b.煤礦處于臨界安全開采深度范圍，地面僅產生輕微變形的地段，線路塔基設計應加強基礎剛度和上部結構強度，例如采用大板加柔性基礎或聯合基礎、門桿或V字形塔等。

3)對線路塔基產生危害的已形成的煤礦采空區，可采用以下方法進行處治：

a.對于線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的區域，建議改線。

b.對于線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，可采用基礎帶電復位、帶電扶正塔身、帶電提升，加固原基礎等應急措施。通過以上處理方式處理后，應對相應塔位進行監測，若再次出現危害，建議改線。

[1] 劉世春.紅神鐵路邊不拉煤礦采空區穩定性評價[J].山西建筑，2010，36(6):285-286.

[2] 白新春，陳海波.煤礦采空區場地穩定性評價以晉城500 kV變電站出線走廊為例[J].電力勘測設計，2007(2):11-14.

[3] 楊建華，唐錫彬，趙 健，等.采空區對輸電線路塔基影響的安全評價及應急處理[J].遼寧工程技術大學學報(自然科學版)，2012(8):456-460.

[4] GB 50548-2010，330 kV～750 kV架空輸電線路勘測規范[S].

[5] DL/T 5122-2000，500 kV架空送電線路勘測技術規程[S].

[6] DLT 5076-2008，220 kV及以下架空送電線路勘測技術規程[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★：江漢大學機電與建筑工程學院項目資金資助(項目編號：機建J2008[2013])

陳 震(1975- )，男，講師； 彭 赤(1976- )，男，高級工程師

TD822

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