500kV集慶線壓覆礦產及采空區分析與評價

邢廣銳，薛遠峰，智 軍

(黑龍江省電力勘察設計研究院，哈爾濱 150078)

500kV集慶線壓覆礦產及采空區分析與評價

邢廣銳，薛遠峰，智 軍

(黑龍江省電力勘察設計研究院，哈爾濱 150078)

電網建設中輸電線路經過采空區尤其是煤礦采空區的現象已屬常見，評價采空沉陷對輸電線路的影響規律以及采取相應的應對措施，對保障電網的安全穩定運行，具有實踐意義。文章通過對線路路徑所經煤田地段的壓覆礦產情況進行了實地的調查、分析，并對采空區進行了評價，為線路路徑方案及鐵塔基礎方案提供了依據。

電網建設；輸電線路；煤礦采空區；影響規律，安全穩定；應對措施

0 前 言

中國煤炭資源豐富，分布范圍較廣，隨著電網建設的快速發展，輸電線路經過采空區尤其是煤礦采空區已不可避免。由于目前對采空沉陷影響規律以及應對措施還沒有充分認識，因采空沉陷導致輸電線路基礎產生不均勻沉降、鐵塔傾斜、絕緣子串傾斜的事故經常發生，甚至引發過故障跳閘。因此，評價采空沉陷對輸電線路的影響規律以及采取相應的應對措施，對保障電網的安全穩定運行，具有實踐意義

500kV集慶送電線路位于黑龍江省東部老爺嶺山區的低山丘陵區，線路路徑方案經過雙鴨山和七臺河兩個煤田。本項目壓覆礦產地段主要位于雙鴨山煤田的寶山煤礦和東保衛煤礦。線路路徑方案經過原寶山煤礦東部、東北部的原寶山煤礦一井、太平井等煤礦礦界外尚未開采的煤層(80#、79#)邊緣部分，煤層露頭邊緣距線路最近距離為150m。根據線路所在寶山煤礦已開采的地表變化情況(最后開采為1992年3月)，煤礦停采十多年后，未發現有地面塌陷、盆地、移動等人為破壞現象。

1 區域構造

雙鴨山煤田位于新華夏系第二隆起帶三江穆棱河凹陷上。煤田賦存于近東西向，向南凸的弧形逆沖斷裂下盤。而寶山煤礦位于煤田的中西部，整體構造形態為走向近東西，傾向南，淺部伴有寬緩褶皺的單斜構造，并被斷裂構造復雜化，構造較復雜[1]。

評估區所處的一級大地構造單元為興凱湖—布列亞山地塊區，亞一級大地構造單元為老爺嶺地塊；二級構造單元有佳木斯隆起帶、寶清過渡帶。區內發育有巖石圈斷裂(深斷裂)、殼斷裂(大斷裂)和一般斷裂。斷裂方向有北東向、北西向、近南北向等。

評估區及附近主要分布的巖石圈斷裂有敦化—密山巖石圈斷裂、七臺河斷裂。敦化—密山巖石圈斷裂位于本省東南部，走向NE，由吉林省的敦化延入本省，經穆棱、雞西、密山、虎林北部過烏蘇里江進入俄羅斯境內，省內長度500km。斷裂帶由兩條高角度相對逆沖的主干斷裂構成，為“逆地塹式”斷裂，地貌上表現為開闊的谷地，東北段與穆棱河谷的分布基本一致。沿斷裂可見斷層三角面斷續分布。斷裂帶兩側巖石破碎，片理發育，局部具有牽引構造。斷裂明顯切錯了完達山地槽褶皺帶，控制了龍爪溝群沉積，其形成時代為里阿斯期中期，以左旋走滑為特征，斷裂東南盤向東北平移了約240km。斷裂形成以后，受北北東向、北東偏北向及近東西向斷裂破壞與改造明顯。七臺河斷裂走向EW—NW，傾向南，分布長度為170km，形成時代為中生代，新生代有活動。屬隱伏半弧形基底繼承性斷裂。斷裂性質為張剪性，新生代沿斷裂具有巖漿活動，喜馬拉雅中期具有玄武巖噴發。斷裂與送電線路斜交。

綜上所述，區內幾條斷裂有明顯跡象表明最近的活動時期為第三紀，沒有明顯的地貌特征和其他跡象表明上述斷裂近期(全新世)有過活動，為非全新世活動斷裂，可不考慮上述斷裂對送電線路穩定性的影響。

根據《中國地震動峰值加速度區劃圖》(GB18306—2001)評估區的地震動峰值加速度<0.05g(相當于地震基本烈度為<6°)；地震動反應譜特征周期為0.35s。評估區屬于地殼穩定區。

2 寶山煤礦、東保衛煤礦區地質構造及煤層分布

2.1 地層巖性

本區含煤地層，由城子河組和穆棱組組成。主要以城子河組中、下部含煤段發育最佳，共含煤51層，達到可采和局部可采者16層，自上而下命名為10、30、36、38、41、60、70、73、78、79、80上、80、89、90、105、106上、106中，寶山煤礦、東保衛煤礦開采的煤層均為此組的含煤層。地層傾向南東，傾角15°～25°。

2.2 煤層分布

本區共有可開采的煤層16層，由于當時的沉積環境及后期的構造活動(斷層)使煤層分布不均勻，煤層一般多有尖滅，煤層埋藏深度也不一致詳見表1。

表1 各開采層煤層厚度表

3 煤田開采及地面塌陷

3.1 煤田開采現狀

線路路徑方案穿越的煤層，由北向南分別為90、80上、80、79、78、70、41、38、36、30、20、10，地層傾向南東，傾角15°～25°。

東保衛煤礦開采礦界以南煤層埋深較深，一般為-700m，北部煤層露頭埋深30～50m。本項目路徑方案東部、西部地段范圍已開采，形成采空區，仍有大部分正在開采，國有大礦正在開采較深部的煤層(二水平)，小礦開采淺部的煤層，小煤礦分布在路徑方案東部(地質隊礦)、西部(三和順礦)，其中三和順礦距路徑較近[2]。

3.2 地面塌陷現狀

煤礦開采后，在地面的表現形式主要為地表變形、塌陷盆地和地表塌陷坑。因路徑設計方案東、西兩側的寶山煤礦、東保衛煤礦的煤層現在尚未開采，故地表現狀無開采后形成的地表變形。但從500kV線路的安全生產運行的角度出發考慮，設計及施工時應按開采后形成的采空進行基礎、結構和構造的設計和施工。根據寶山煤礦和東保衛煤礦已經開采形成的采空區現狀分析，現場看地表變形中等，地面塌陷成因類型為冒頂型塌陷，塌陷面積應結合煤層頂板的巖性、巖石完整性、煤礦開采方式、采掘工藝、回采情況綜合判定，塌陷深度可按煤層累厚的60%～80%進行預測設計。

從寶山煤礦、東保衛煤礦開采后現場已發現的地表傾斜、地表曲率、地表水平變形特點來看，采空區地表變形顯著的大多分布在采空區采深采厚比<100的區域。根據煤炭部門與中科院聯合對采空區地表變形進行的研究資料顯示，采空區采深采厚比>100的區域，地表變形仍然顯著。

4 采空區的安全評價

本項目擬建工程為高聳獨立的建(構)筑物，大部分基礎采用獨立基礎，鋼筋混凝土結構，對下沉都比較敏感，聯合基礎不允許出現局部沉降。

4.1 地表移動與變形

煤層開采后，采空區上覆巖層產生垮落帶、斷裂帶、彎曲帶，在地表形成一個比采空區范圍大很多的下沉盆地。下沉盆地內任一點的地表移動過程可分為3個階段：初始期、活躍期和衰退期。一般規定衰退期從活躍期結束時開始，到6個月內下沉值≤30mm為止。在按照規程規定的“移動穩定”后，實際上地表還有少量殘余下沉量，這個殘余下沉量將持續相當長一段時間，與開采深度、覆巖性質、頂板管理方法等有關。

4.2 采空區對輸電線路的影響

采空區是指地下礦產被采出后留下的空洞區。在礦產被采出后，上覆巖層的原始應力平衡遭到破壞，采空區周圍的巖層失去支撐，而向采空區內逐漸移動，上覆巖層隨之產生變形、離層、裂縫甚至破壞垮落，巖層和地表的移動過程將持續發展到所有被采動巖層都達到新的平衡為止。這個過程稱為“礦山開采沉陷”，其范圍稱為開采沉(塌)陷區。礦山開采沉陷程度與覆巖的性質、產狀、埋深、開采規模、開采方法以及頂板管理方法等有關。采空區對地表的影響主要是垂直方向的移動和變形(沉降、傾斜、曲率)與水平方向的移動和變形(水平移動、拉伸和壓縮)。受采空區地表沉陷的影響，輸電線路桿塔基礎可能發生下沉、傾斜、移位、扭曲等破壞，基礎外趴、錯臺，進而使桿塔的根開和各塔腿高差發生變化，塔體結構產生較大的附加應力，并可能導致導線對地距離、電氣間歇等產生變化，直接威脅鐵塔安全及整個線路的穩定運行。

根據各煤礦提供的相關煤層開采、回采情況及現場調查資料，采空區采深采厚比<100的區域產生地表塌陷的可能性比較大，線路路徑方案布置在采深采厚比<100的區域是不穩定和不安全的，危險性大，對送電線路建(構)筑物的安全運行影響較大。二煤礦可開采煤層采深采厚比見表2。

表2 二煤礦可采用煤層采深采厚比表

根據對未來開采形成的采空區預測分析，建議線路路徑J6轉角向北移動150m，線路即可避開采深采厚比為20(35～50/2.5=14～20)的危險區域。N55、N56分別向北、南二方向移動也可避開采深采厚比為<30(20.46～22.30)的危險區域。跨過采深采厚比為<30的危險區域。根據上述分析評價可以安全確定塔位的位置。本段路徑從煤礦區中通過是可行的。

6 結 論

線路通過寶山、東保衛煤礦區，有部分區域采空區的采深采厚比為<30。采空區的采深采厚比不滿足相關規程、規范的要求。對于布置在采空區的采深采厚比<30及<100區域的塔位建(構)筑物，應采取安全可靠的技術設計方案和原則，通過采用基礎的結構措施、塔的構造措施消除地表變形對塔位安全運行的影響和隱患。

[1]中華人民共和國發展和改革委員會.DL/T5122—2000500kV 架空送電線路勘測技術規程[S].北京：中國電力出版社，2000.

[2]中國電力企業聯合會.GB50548-2010330kV～750kV架空輸電線路勘測規范[S].北京：中國計劃出版社，2010.

AnalysisandEvaluationofMineralResourcesbelowProjectandGoafAreafor500kVJiqingLine

XING Guang-rui；XUE Yuan-feng and ZHI Jun

(Heilongjiang Province Power Investigation and Design Institute，Harbin 150078，China)

Transmission line often goes through goaf area in the power grid construction，especially goes through coal mine goaf area.It has practical significance and guarantees the safety of power grid to evaluate the impact of goaf sink on the transmission line and take the correspondent measures.Through the on-site investigation，analysis and evaluation for the mineral resources below the transmission line，the design basis of the plan path and scheme of tower foundation are provide.

power grid construction；transmission line；coal mine goaf；impact law；safety and stability；countermeasures

1007-7596(2014)10-0004-03

2014-04-22

邢廣銳(1982-)，男，遼寧朝陽人，工程師；薛遠峰(1964-)，男，吉林郭化人，高級工程師；智軍(1980-)，男，黑龍江齊齊哈爾人，工程師。

TV736

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