压覆煤层开采对输变电工程建设影响研究

王文慧 王高尚 李跃龙

（大地工程开发（集团）有限公司）

为优化电网结构，提高供电可靠性，满足用电负荷增长和电源送出需要，拟实施区域输变电工程项目建设。但拟建线路压覆南桐井田范围内南桐煤矿和深部接替资源勘查区煤炭资源，为保证输变电工程可以正常建设、安全运行，并且不造成煤炭资源压覆，采用概率积分法和离散点预计分析计算压覆煤层开采对拟建110 kV输变电工程稳定性的影响程度。

1 井田地质采矿条件

南桐井田地面标高为+298.33～+415.62 m，南桐煤矿压覆区域开采标高为+300～-700 m，接替资源勘查区开采标高为-450～-900 m，矿井开采二叠系龙潭组K1、K2、K3煤层，煤层倾角36～39°，全部垮落法管理顶板。其中K1煤层厚为0～3.64 m，平均厚度为1.48 m；K2煤层厚为0～1.55 m，平均厚度为0.91 m，上距K3煤层平均为22.99 m，下距K1煤层平均为14.73 m；K3煤层厚为0～4.6 m，平均厚度为2.94 m。

2 输变电工程及压覆资源情况

输电线路路径长约为3 km，拟建塔位12座，塔位编号N1～N12，单个塔位占地面积约为10×10 m2，杆塔型式采用国家电网公司输变电工程典型设计2011年版中1D1、1D2系列自立式铁塔，塔架为角钢塔，基础形式为桩基础，110 kV输变电工程塔位特征见表1。

注：N2的档距指N1到N2的距离，N3的档距指N2到N3的距离，以此类推。

拟建工程压覆南桐煤矿K1、K2、K3煤层煤炭（111b+2S22）资源量为1 051 kt。压覆南桐煤矿接替资源勘区K1、K2、K3煤层资源量（111b+122b+333）为800万t（其中，压覆禁采区（Ⅰ1-2）内煤炭资源量（333）为439.4万t，压覆禁采区外煤炭资源量（111b+122b+333）为432.3万t）。拟建输变电线路与平山、南桐组团规划区禁采区关系如图1所示，拟建输变线路与矿权关系如图2所示。

3 地表沉陷预计及离散点计算

因开采的煤层为倾斜煤层，所以采取目前在我国广泛使用的概率积分法进行预计［1-2］，通过收集南桐矿区及类似矿区地表移动与变形预计参数，综合分析确定预计参数：下沉系数为0.85，水平移动系数为0.32，主要影响角正切1.6（上山）和1.3（下山），影响传播系数为0.6，拐点偏移距为0.05Hc（Hc为采深，m），计算结果见表2所示。为了便于分析地表移动变形对线路高压铁塔的影响情况，对涉及压覆的高压线塔N1～N12的4个独立基础进行了离散点预计，现以N1、N2这2座变形最严重的高压线塔为例进行分析，计算结果如表3所示。

4 压覆煤层开采输电工程稳定性分析

（1）对高压线塔倾斜度及横担歪斜度的影响。根据计算结果，N1～N12塔均未超过《架空输电线路运行规程》中“角钢塔的倾斜度（包括挠度）允许范围不超过为5‰”的规定。

（2）对高压输电线路近地距离的影响。N1和N2铁塔处的预计地表下沉值分别为W1=2 100 mm，W2=2 377 mm，高压线塔的高度H1=33 m，H2=36.2 m；高压线塔顺线路方向的倾斜度为i1=2.58 mm/m，i2=1.06 mm/m，α1=0.147 8°，α2=0.060 7°。受采动影响N1与N2铁塔之间的近地距离最大变化量为H1（1-cosα1）-H2（1-cosα2）-（W1-W2）=277.09 mm，对线路近地距离影响较小，按设计可保证线路近地距离的安全。

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（3）对高压输电线路档距的影响。N1与N2铁塔之间的原始档距为L=334 m，N1铁塔中心处：ix1=2.58 mm/m，iy1=2.42 mm/m，Ux1=268 mm，Uy1=-182 mm；N2铁塔中心处：ix2=1.06 mm/m，iy2=2.55 mm/m，Ux2=-25 mm，Uy2=-212 mm。

水平移动对档距的影响［3-5］：

倾斜对档距的影响［3-5］：

悬垂串倾斜对档距的影响［3-5］：

上述式中，δx1、δy1与δx2、δy2分别为N1、N2铁塔悬垂串在x、y方向上的分量。

档距变化L=L1+L2+L3=-340 mm，小于1.113 m（原始档距334 m/300），满足《架空输电线路运行规程》中规定的顺线路方向两相邻高压线塔间的距离偏差不得大于档距1/300的标准。

（4）对高压输电线路高差的影响。采动对高压输电线路高差的变化可以看成3个部分的组合：高压线塔下沉引起的高差变化、高压线塔倾斜引起的高差变化和悬垂串倾斜引起的高差变化［3-5］。

下沉不均匀对高差的影响：

倾斜对高差的影响：

悬垂串倾斜对高差的影响：

煤炭开采后，N1和N2铁塔之间的高差变化：Δh=Δh1+Δh2+Δh3=277-0.09+0=276.91 mm，N1和N2铁塔之间的高差减小了276.91 mm。

（5）对高压线塔基础根开及转角的影响。基础根开是指相邻两基础中心间的水平距离，高压线塔转角是指当线路变化时高压线塔连线与原来线路的正、侧面根开变化偏差为0.009 m、0.01 m，N2为0.01 m、0.015 m，符合“高压线塔根开不超过0.004B（B为采前根开）”的规定，如图3所示。

5 结 论

（1）通过概率积分法预计压覆煤层开采结束后，110 kV输变电工程（线路部分）N1～N12线塔受采动影响，损害程度达到Ⅱ级轻度损坏。

（2）通过线塔独立基础离散点预计，分析了地表移动变形对高压线塔倾斜和横担倾斜度、近地距离、线路档距、高差、结构根开偏差、线路转角等线路各元素的影响，得到压覆煤层开采结束后输变电工程（线路部分）N1～N12线塔运行标准均在相关规程规范夹角。据铁塔四基础离散点预计结果和表1中采前各铁塔塔位采前正、侧基础根开，得到受采动影响线路的转角θ及各高压线塔的基础根开偏差，N1铁塔的范围内，线塔可以按照设计正常建设。