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1、1马尾沟矿沉陷区高压线塔变形预计及其治理方案1 序言马尾沟煤矿一采区地表有220KV娘白线输电线塔6座，对采煤造成影响的有3座，分别为44#、45#、46#，地面标高分别为44#：1277.7、45#：1276.0、46#：1285.9。其中8101、6101工作面的开采已经对高压线塔及周边产生了影响，如图1所示。图1 马尾沟一采区开采后对地表及线塔的影响2、地质开采条件2.1 线塔情况马尾沟矿一采区地表有220KV娘白线输电线塔6座，分别为42#、43#、44#、45#、46#、47#，由采区南西向北东布置，线塔间距平均约300m，线塔地基土壤为第三、四系红黄土，对采煤造成影响的有3座，分别
2、为44#、45#、46#。其中44#、45#线塔为单脚线塔，均有8条拉线，四角布置，塔身为角铁焊接构成；46#线塔为四脚线塔，无拉线，线塔基座为混凝土，塔身为角铁，由螺丝连接构成，塔脚间距为6m。线塔结构及图片见图2。立 角 钢 斜 拉 角 钢a 46#线塔结构及图片2立 角 钢 斜 拉 角 钢b 44#、45#线塔结构及图片图2 线塔结构及图片2.2 地质采矿情况本区主采8#煤层和6#煤，两层煤平均间距10.75m。8#煤平均1.3m，倾角平均5，走向近北东，倾向南东。6煤采厚平均2.0m ，倾角平均5 ，走向近北东，倾向南东。44#线塔盖山厚度198.8m，45#线塔盖山厚度194.5m。
3、46#线塔盖山厚度200.4m。8101工作面走向长度1920m，切眼长192m，6101工作面走向长度980m，切眼长170m，8102工作面设计走向长度2040m，切眼长192m，与8101工作面预留20m隔离煤柱，6102工作面设计走向长度850m，切眼长178m，与6101工作面预留67m隔离煤柱。46#铁塔在8101、6101工作面回风巷外侧，距8101回风巷10m，6101回风巷40m；45#铁塔在8102、6102回风巷内侧，距8101、6102回风巷18.15m；44#线塔位于8103工作面回风巷内侧。三个线塔与工作面的相对位置见图3。 一采区主要运输大巷 中8103回 风 顺
4、 槽 8103运 输 顺 槽810综 采 工 作 面 回 风 顺 槽 46#线 塔5线 塔4#线 塔 8103采 工 作 面 810综 采 工 作 面610综 采 工 作 面 2综 采 工 作 面 （ 6接 续 面 ）62综 采 工 作 面 （ 接 续 面 ）图3 线塔与工作面相对位置图8101与6101工作面采用错距联合开采，已对高压线塔产生影响，其接续工作面8102和6102工作面的开采将对高压线塔再次造成破坏。 3、线塔变形分析33.1 地表沉陷预计通过开采沉陷下沉预计软件，对 6 煤和 8 煤开采后地表的变形进行了计算，得到两层煤分别开采后的地表沉降、倾斜变形和水平变形的等值线图，见附
5、图13 所示。3.2 线塔变形根据地表变形结果，将各变形参数在 44#、45#、46#线塔坐标处进行叠加，得到线塔处的沉降值、倾斜值和水平移动值，见表 1。表 1 线塔处的沉降值和倾斜值下沉（mm）走向倾斜值（mm/m）倾向倾斜值（mm/m）走向水平移动值（mm/m）倾向水平移动值（mm/m）44# 704.1 -10.4 -7.3 -180.7 -125.345# 795.9 1.4 -16.1 -18.1 -266.246# 541.7 -19.4 0 -325.8 1.9可见，由于采动影响，三个线塔的地表下沉量都达到了 500mm 以上，44#线塔在走向上的倾斜达到 10.4，45#线塔
6、在走向上的倾斜达到 16.1，46#线塔在走向上的倾斜达到 19.4，均超过高压输电线路安全运行的基本要求（不大于 10） 。3 个线塔中，由于 46#线塔位于采空区边缘，是倾斜和水平位移的最大位置，受采动影响最为剧烈。44#、45#较 46#影响较轻，但在叠加采动的影响下，地表下沉值较大。3 个线塔都需要进行人工治理措施才能防止线塔的变形破坏。3.3 地表预计裂隙对线塔的影响开采沉陷地表裂缝大体上分为两类，即采空区上方的闭合裂缝和采空区外缘的张开裂缝。当地表受过一次剧烈采动影响以后，重复采动时地表裂缝的严重程度将比第一次有所减轻。根据线塔的分布状况，46#线塔位于8煤工作面采空区边缘，是闭合
7、裂缝与张开裂缝过渡区，同时位于6煤工作面采空区外侧，在张开裂缝带内，是最大拉伸位置，处于影响和破坏严重的区域，也是倾斜和水平位移的最大位置，故在回采过程中受裂隙威胁较大；44#、45#线塔均位于采空区边缘内侧，处于地表不完全闭合裂缝范围，周围会有部分裂隙产生，若44#、45#线塔能经受闭合裂缝的动态影响，线塔就不会受到实质性破坏。表 2 地表裂缝宽度44#线塔 45#线塔 46#线塔走向水平变形值mm/m -1.9 8.7 9.1倾向水平变形值mm/m -0.9 4.0 1.5裂隙平均间距/m 10 10 10最大裂隙宽度/mm 19 87 91表 3 铁塔裂缝影响概率表44#线塔 45#线塔
8、 46#线塔线塔结构 基座 拉线 基座 拉线 基座尺寸/mm 0.30.3 1 0.30.3 1 3.473.524安全距离/m 2 2 2 2 2裂隙平均间距/m 10 10 10 10 10影响概率 20.3% 30% 20.3% 30% 55%合计 50.3% 50.3% 55%三个线塔均受地表裂隙威胁较大，分别达到50.3%和55%，故应对线塔变形进行重点观测，当发生较大变形时，应采取加固地基基础加线塔纠偏联合方案。4、线塔变形监测方案4.1 监测内容：（1）线塔下沉值；（2）线塔的水平变形；（3）线塔的倾斜变形； 4.2 观测点的布设观测点布设方法如下：根据马尾沟煤矿工作面的岩层移动
9、观测资料预计，在塌陷影响区域外设两个固定点 A、B，按 5级导线精度测算出 A、B 两点坐标，A 、B 两点作为前方交会铁塔顶端坐标的基点。在塌陷边界外选两固定点基 1、基 2 为水准基点（也叫高程基点） ，埋设在远离变形区 100m 以外坚固、稳定的地面上，水准基点采用假定高程系统。利用水准基点在塔基附近埋设转点，线塔的沉降观测将直接利用转点进行高程传递测量。另外在实地找出铁塔底部中心 O，埋设标志作为观测铁塔地表下沉和塔基位移，在铁塔的顶部中央选一固定标志 C 作为观测线塔倾斜和顶端位移的目标。测站布置见图 4。8103综 采 工 作 面YBA基 2基 1 46#线 塔45#线 塔4#线
10、塔 中810综 采 工 作 面610综 采 工 作 面8102综 采 工 作 面 （ 61接 续 面 ）6102综 采 工 作 面 （ 8接 续 面 ）5COBA图 4 工作面观测站布置及前方交会法示意图43 观测方法（1）下沉值的观测高程的观测，从高程点基 1、基 2 按四等水准精度实测铁塔四角基础1、2、3、4 各点的高程，往返进行观测，取平均值求得各点的下沉值。（2）水平变形的观测分别以 A、B 为测站，利用前方交会法求得 C、O 点的平面坐标值，每次独立进行两次观测，取平均值求得 C、O 点的水平变形。（3）倾斜观测方法地表倾斜变形是影响杆塔的主要因素。通过与水平观测大致相同的方法得出
11、建筑物上下对应位置点 C 点及 O 点的坐标，比较其上方点相对于下方点的水平位移，再将其相对水平位移除以建筑物的高度即可得出建筑物的倾斜值。4.4 观测周期实际观测时，应根据工作面开采速度与沉降预测来准确确定观测周期。一般情况下：44#、45#线塔：每周一次，当发生大量沉降和严重裂缝时，应每天或几天连续观测；46#线塔：23 天观测一次。 5 高压输电线路安全运行的基本要求在进行高压输电线路下采煤时，必须保证线路各元素满足以下运行安全标准：(1)铁塔的倾斜度(包括挠度) 允许范围不超过 10(适用于 50m 以下高度铁塔)，横担歪斜度不超过 10。(2) 直线杆塔绝缘子串，顺线路方向偏斜角不得
12、大于 7.5o。(3) 导线、避雷线的弛度误差不得超过 6、-2.5(110kV 及以下线路)或+3.0、 -2.5(220kV 及以上线路)。(4) 导线最大弧度对地及障碍物的距离变化，不得超过设计所留的富裕量。顺线路方向两相邻杆塔间的距离偏差不得大于档距 1/300。(5) 电杆结构根开偏差不得超过 0.004B(根开)。66 高压线塔变形防治措施对煤矿采空区影响下高压线塔的防治措施可分为两部分，一部分是对地基基础的改造加固；另一部分是对线塔的纠偏加固。6.1 地基基础加固技术（1）可调式联体井字梁基础改造加固技术。采用钢筋混凝土井字梁将铁塔四个独立基座连为整体，将机械和混凝土结构结合起来
13、，组成一套完整的可调整联体井字梁基础系统。如图5所示图5铁塔基础加固调整图（2）可调式联体井字钢梁改造加固技术。在每一个基墩上采用四套长螺杆接四个基墩螺栓，采用钢结构将铁塔四个基座连为整体，组成一套完整的可调整联体井字钢梁基墩架构系统。这两项技术已成功地应用于内蒙古乌海220kv伊临线煤矿采空区4850号铁塔基础的改造加固和现场调平纠偏，以及西安110kv北西线25号铁塔基础的改造加固和现场调平纠偏。图6为改造后伊临线煤矿采空区50号塔的情况。图6 改造后伊临线煤矿采空区50号塔的情况（3）大板基础技术7大板基础型式如图7所示，此种基础型式是在4个基础底面设置一块整体现浇钢筋混凝土大板结构，此
14、大板结构上、下层均配置钢筋，以抵抗由于不均匀沉降所产生的弯矩，为方便基础顶推时减小摩阻力。基础与大板之间铺垫100 mm厚卵石加粗砂垫层，使基础与大板之间具有一定的滑动性，这样在地基发生不均匀沉降时杆塔能随之一起倾斜，降低附加应力，便于地基沉降基础滑移后调整复位。中中中图 7 大板基础型式简图6.2 线塔的纠偏措施现有危险建筑物纠偏加固技术主要分为迫降法和顶升法两大类。迫降法是在建筑物沉降小的一侧采用掏土、浸水、加压或淤泥触变等扰动措施迫使基础下沉实现危险建筑物的改斜归正；顶升法即在建筑物沉降大的一侧采用锚杆静压桩、托梁柱或地基注入膨胀剂等措施顶升基础从而使建筑物回倾。就本工程来说，可采取的措
15、施包括：（1）基础带电复位。当铁塔的基础发生倾斜或基础下沉过多导致近地距等参数超标时，可以采用液压千斤顶将基础提升，垫平提升后再复位铁塔。（2）增加临时拉线。在工作面回采前，在铁塔预计倾斜反方向增设拉线，且在拉线上增加可调拉线金具，在地表变形过程中，通过可调金具的调节作用来抵消或减小开采引起的变形对高压输电线路的损害。（3）加长底角螺栓。在线塔基础一旦出现不均匀沉降，可通过加长底角螺栓垫板进行扶正调整，铁塔基础主柱上的底角螺栓的外露丝扣长度一般应加长100300mm。6.3 导线弛度调节在地表变形发生之前，将导线的驰度调整到允许偏差的上限。在地表变形过程中，根据弧垂的观测结果，随时调节导线的弛
16、度至规程规定的范围内，避免导线绷紧或松弛带来的导线应力增加和近地距离不足安全隐患的发生。工作面回采后及时调节导线的弛度，及时消除线路因地表移动变形、挡距变化等造8成的导线驰度减小、导线张力增大的安全隐患。6.4 马尾沟矿线塔治理方案根据马尾沟煤矿高压输电线路的特点，结合采空区上其他建筑物破坏的处理措施，提出如下输电线塔可供选择的改造、治理措施。（1）44#、45#线塔措施采用大板基础型式对线塔地基进行改造；采用基础带电复位和加长底角螺栓的措施对线塔进行纠偏。（2）46#线塔措施采用可调式联体井字梁基础改造加固技术；采用基础带电复位、增加临时拉线的方式对线塔进行纠偏。7 铁塔保护工程费用估算7.1 46#线塔改造费用46#铁塔确定采用联体井字梁基础改造加固技术配合基础带电复位、增加临时拉线措施对线塔进行改造。具体工程费用估算为：（1）联体井字梁基础改造加固材料用料 单价 用量 价格/元混凝土 600元/ m 3 8
