采空區塌陷桿塔傾斜治理技術研究

楊家威

（山西煤炭進出口集團左云韓家洼煤業有限公司，山西 大同 037000）

1 概 述

煤礦采空區大面積塌陷會導致輸電線路桿塔地基傾斜，出現斷線等輸電線路故障，甚至發生倒塔事故，造成很大的經濟損失。研究采空區塌陷桿塔傾斜治理方法，降低因采空區塌陷對輸電線路的影響，是有非常現實意義的工作。

山西煤炭進出口集團左云韓家洼煤業（下稱韓家洼煤業）35 kV 變電站采用雙回路供電，電源分別來自長春興110 kV 變電站35 kV 母線側。長～韓Ⅰ回（321）輸電線路長約5 km，沿途共架設27 個桿塔；長～韓Ⅱ回（322）輸電線路長約4.5 km，沿途共架設25 個鐵塔。該礦在例行巡線過程中，發現長～韓Ⅱ回（322）輸電線路19#桿塔向東南方向發生傾斜，通過儀器測量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原22202 工作面采空區上方，初步判定桿塔傾斜是采空區塌陷造成的。

圖1 Ⅱ回（322）線路19#桿塔傾斜圖

2 采空區塌陷形成機理

當采空區出現后，上覆巖層失去了煤層的支撐，打破了原有的應力平衡，上覆巖層失去支撐產生移動變形，直到破壞塌落。破斷應力逐漸向上傳導，受坍塌影響地表面開始下沉，最后達到新的應力平衡，在地表形成一個大于采空區的沉陷區域，通常稱為下沉盆地。

下沉盆地是隨著工作面的推進逐步形成的。工作面從切眼向前推進，首先直接頂垮落，接著老頂無法承受上覆巖層的壓應力，發生垮落下沉，沉降傳遞到地面，地表形成裂縫，裂縫一側開始傾斜下沉，形成下沉盆地的邊緣。隨著工作面的推進，采空區面積不斷增大，地面影響范圍逐漸加大，下沉盆地也逐漸擴大，形成下沉盆地的盆底區。工作面繼續推進到保安煤柱，上覆巖層受保安煤柱的支撐力，其產生的下沉應力不足以發生破斷，地應力形成新的平衡，地面不再下沉，到達下沉盆地的邊緣區，最終形成一個完整的下沉盆地，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。

19#桿塔位于韓家洼煤業原22202 工作面采空區上方，該區域為荒草斜坡，坡度約為25°，地貌連續無臺階。現場地面下沉明顯，距離19#桿塔約17 m 處地面有明顯裂紋，19#桿塔位于原22202 采空區形成塌陷區的靠近邊緣位置，受采空區塌陷影響不大。可以分析得出19#桿塔的傾斜是由于韓家洼煤業原22202 采空區塌陷引起，由于19#桿塔處于塌陷區邊緣，且現場地貌連續，所以桿塔只是發生傾斜，沒有形成大的斷線、倒塔事故。經過觀察，桿塔傾斜沒有加劇，該塌陷區域已經經過活躍期，逐漸趨于穩定，需要采取措施對桿塔進行處理。

3 桿塔治理技術方案

根據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等方法。各種方案的優缺點及適用范圍見表1。韓家洼煤業供電線路19#桿塔傾斜程度不大，無需抬升塔腳基礎，主材及塔腳板沒有變形無需更換。通過計算最大塔腳高差為160 mm，桿塔地腳螺栓長250 mm，根據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，常規方法采用架設三角架利用手動葫蘆或者千斤頂將桿塔的一個塔腳板抬升。這種方式工程量大，桿塔全靠人為拉線臨時固定，調整精度不高，而且倒塔風險大。

韓家洼煤業根據實際情況，研制了一種簡易微調裝置。該裝置連接在塔腳板與基礎砼之間，使兩者采用螺栓固定，相比手動葫蘆或千斤頂操作簡單可靠，并實現螺紋調距，調距精準，可實現不停電作業，安全可靠，而且工程量最小，所以選用此方案。

此裝置主要由兩個構件組成：通過螺栓與基礎砼固定的構件1，和焊接在塔腳板上的構件2，見圖2。構件1 與構件2 通過螺栓連接，穿過構件2 的螺栓在構件2 鐵板上下分別固定兩個螺母，通過調松上螺母同時擰緊下螺母，來實現塔腳板抬高，直至扶正桿塔。抬升的同時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地錨設置拉線，根據桿塔方向調整拉線張緊度。

表1 常見桿塔傾斜治理方案對比

圖2 簡易微調裝置構件設計圖

4 應用效果分析

經過對比分析，采用了螺紋調距方案。該方案采用兩個構件分別與混凝土地基和塔腳固定，通過兩構件間螺栓微調安全高效的將塔身調正。微調裝置構件現場安裝圖如圖3。通過實際應用，達到了預期效果。本技術在高壓架空線路帶電情況下達到了塔身扶正目的，避免單回路運行造成的安全風險，保障了線路雙回路安全供電要求，節約了成本，提高了效率，調整后桿塔如圖4。

圖3 微調裝置構件現場安裝圖

圖4 調整后桿塔狀態

5 結 論

本文針對韓家洼煤業受采空區塌陷影響導致桿塔傾斜的問題，分析了采空區塌陷形成機理，闡述了常規桿塔傾斜治理方案的優缺點。韓家洼煤業根據自身實際，研制了一種簡易微調裝置，巧妙地用螺栓連接代替了常規頂升、起吊方案，實現螺紋調距，操作簡單，調距精準，安全可靠。而且實現不停電調整，降低了檢修期間單回路運行存在的風險，創造了礦井持續有效的供電環境，減少了對礦井生產的影響，此項技術值得推廣使用。