电力架空线路采空区危害与预防

采空区危害与防治

本次设计竞赛的题目为阳泉盂县盂北～路家村110KV送电线路工程，该段路径内有许多煤矿采空区和寄采区。煤矿采空区对输电线路的危害非常大，但也无法避免，我们只能认清采空区的危害，做好防范措施，达到线路的安全稳定运行。

一. 采空区对输电线路的危害 （一） 杆塔倾斜

采空区发生塌陷后，其对地表的影响首先是不均匀沉降，有的地方下沉值大，有的地方下沉值小，位于不均匀沉降区的杆塔基础或拉线基础会随之出现不均匀沉降，杆塔就会出现倾斜。同时，地表的移动也会导致杆塔的倾斜。杆塔倾斜后，最直接的现象就是直线杆塔的绝缘子串和地线悬垂线夹偏移。这是因为杆塔倾斜后，塔头就会出现位移，而导地线由于其本身的应力作用及分布，极力使挂点位置维持再原为，这就导致了绝缘子串和架空地线悬垂线夹偏移。

对于导线来说，由于绝缘子串具有一定的长度，可以自行调节一部分不平衡张力，且其位于杆塔头部下方，偏移小于杆塔顶，因此轻微的倾斜不会对导线造成较大危害。而架空地线位于杆塔顶部，其偏移值几乎与杆塔顶相同，且其可自调节部分很小，一般只有一至两个金具，因此其受力最大，严重的可拉断架空地线或地线横担。同时，由于杆塔倾斜的方向与架空地线拉力方向相反，铁塔主材或混凝土杆杆体会出现挠度。

采空区铁塔倾斜引起的绝缘子、悬垂线夹偏移及地线横担受损

（a）绝缘子串及地线悬垂线夹偏移；（b）地线横担受损

（二） 杆塔位移

采空区塌陷不仅使地表出现倾斜，而且会使杆塔位置出现水平位移，这种位移同样会使绝缘子串和架空地线悬垂线夹出现偏移，其后果与杆塔倾斜一样。 （三） 杆塔构件变形、撕裂

采空区塌陷引起的地表各点移动不尽相同，因此杆塔基础之间的移动和下沉也不仅相同，这就会引起基础根开的变化。基础根开的变化会导致杆塔构件间应力的重新调整，当超过其弹性变形范围后，钩边就出现撕裂或变形。 （四） 导地线间距变化

无论是杆塔倾斜还是杆塔位移，均会使导地线出现不平衡张力，尤其是架空地线，其反映更为明显，表现为杆塔一侧架空地线弧垂增大，另一侧减小。对于弧垂减小的一侧，导地线之间距离加大，对于弧垂增大的一侧，导地线之间距离缩小，当缩小到一定程度时，在风力作用下就可能引发导地线短路。 （五） 倒杆塔

多数采空区塌陷不致于引发倒杆塔，但在下列情况下有可能发生倒杆塔事故。

（1） 采深采厚比偏小。

当采深采厚比偏小时且煤层厚度较大时，一旦采空区出现塌陷，对地表塌陷和倾斜的影响非常大，这时杆塔可能出现严重倾斜，如一旦出现导地线断裂或横担断裂，杆塔就可能被拉倒。同时地表塌陷和倾斜严重时会导致杆塔基础根开发生严重变化，从而引起杆塔构件大量变形，其承载力大幅降低，这也是引起倒杆塔的一个重要原因。 （2） 煤层倾角过大。

煤层倾角过大极易引发塌陷坑、台阶裂缝及山体滑坡，如杆塔位置正好处于这些地段，就会发生倒杆塔事故。 （3） 山区线路。

如山区下方的采空区塌陷，无论煤层倾角多大，受地形的影响，都有可能出现山体滑坡，位于滑坡区的杆塔就可能发生倒杆塔。 （4） 坚硬顶板边缘。

坚硬顶板一旦出现塌落，就会形成台阶式裂缝，如果杆塔正好位于台阶附近，就可能发生倒杆塔事故。 （六） 水淹基础

当地下潜水位高、地表下沉量大时，均匀下沉可使地表积水，杆塔基础浸泡，加重不均匀沉降。

二. 采空区的防范

（一） 合理选择线路路径

防止采空区塌陷最根本的办法是避开压矿区及采空区，但实际情况是有些地段很难避开这些区域，无论能否避开都应进行大量细致的勘测和调查工作，尽可能将采空区的危害降低到最小程度。在无法避开压矿及采空范围时，新建线路在选择路径时应遵循以下原则。 （1） 详细勘测调查压矿及采空区情况。

初步选择线路路径后，必须进行认真细致的调查工作，彻底了解清楚线路路径的压矿或采空范围，并调查清楚矿产顶板性质与结构，采深、采厚、采深采厚比、移动角、煤层倾角等基本参数，开采企业的开采规划及进度，采掘方式等，以便能最大限度地选择合理路径。 （2） 选择相对平坦的地形。

平坦地形的采空区塌陷对地表及地表的建筑物、构筑物相对较小，因此应选择相对平坦的地形作为线路路径。

（3） 选择采深采厚比较大的地段作为杆塔位。

采深采厚比越大，采空塌陷对地表的影响越小，因此应选择采深采厚比大的地段作为新建线路的塔位。

（4） 选择稳定的采空区作为杆塔位。

采空区塌陷变形有一定的时间规律，顶板一旦发生塌陷后，一般最初的三个月为活跃期，这时，采空区波及的地表下沉、变形最为明显，对地表的建筑物、构筑物等影响也最大；此后的四至六个月为地质变形衰减期，该时期地质变形逐步减缓，幅度减小；再此后的时期为恢复期，根据地质岩层的不同变形时间也不相同，一般三年内均能恢复正常；以后为稳定期，在没有地震、水灾

等大的外力因素时，采空区基本不会再发生变化。因此在缺乏合适塔位时，可选择相对稳定的采空区作为塔位。 （5） 选择工作面中央作为杆塔位。

从前面的内容中可以知道，移动盆地的中央区域地表下沉值虽然最大，但地面倾斜值相对较小，对杆塔的影响也相对较小。 （二） 合理选择塔型

从位于采空区的杆塔运行情况及处理情况统计结果看，拉线塔倾斜后的受损情况最轻，修正处理也最简单。这主要是由于拉线塔的基础只有一个或两个点，基本不受地面倾斜产生的不均匀沉降影响。而其自立条件主要由拉线控制，虽然拉线基础会受到不均匀沉降的影响，但由于其本身具有一定弹性变形能力，因此对杆塔的倾斜有缓冲作用。而在处理杆塔倾斜时，只需要调整拉线就可以达到修正的目的，是最容易处理的一种塔型。因此在已知的采空区及即将开采的压矿区立塔时，应优先选择拉线塔。

由于双回线及多回线同塔架设时，一旦采空区塌陷影响到线路的安全运行，将可能同时造成多条线路同时发生事故，对电网的安全威胁较大。因此在压矿区及采空区建设线路时，尽可能选择单回线路。 （三） 与采矿建立动态联系

一般正规的采矿企业均有采掘规划，其各种地质数据、采空区数据也比较齐全、真实，对地表的建筑物、构筑物与地下采区的对应情况了解，因此运行维护单位应与这些企业建立密切的动态联系，请这些企业根据采掘进度及时提供各种数据及对地表可能造成的影响。提前掌握这些信息，有助于提前采取预防措施，降低采空区塌陷对输电线路的危害。

（四） 采用释放型悬垂线夹

采空区塌陷对输电线路危害最多的情况是杆塔倾斜，杆塔倾斜将使导地线张力不平衡，最易引发的导地线短路或架空地线断线。如在采空区线路的直线杆塔上采用释放型悬垂线夹，当杆塔发生倾斜后，导地线自身应力将能自行调整弛度，恢复导地线之间的间距，避免导地线短路及断线事故。 （五） 安装在线监测装置

在采空区安装杆塔倾斜在线监测装置可以及时发现杆塔倾斜，及时采取防范措施，防止发展为事故。杆塔倾斜在线监测装置的基本原理是利用一平衡模块实时测量杆塔的倾斜度，一旦感知杆塔发生倾斜，通过GSM信号将测量结果传送至基站终端，实现实时监控。如设置一报警值，则当倾斜程度达到这一报警值后就会发出报警。如将终端连接到GSM网上，还可将实时监测数据发送到有关人员的移动电话上。 （六） 采用大板基础

采空区塌陷不仅会引起基础的不均匀沉降，而且会引起杆塔基础的根开尺寸改变，从而导致杆塔构件的变形。为防止根开发生改变，可将杆塔的基础浇铸在一起，使其相对位置固定，这种基础就称之为大板基础。

修筑大板基础时，一般不会各个基坑分别开挖，而是按照基础的最大根开整体开挖。开挖成型后，先在基坑底部填充一层鹅卵石，再在其上配置钢筋，浇铸一个整体平台。然后再在这个平台上分别浇铸各基础腿。其中鹅卵石可以起到自调整水平的作用，即基础发生倾斜时可以在一定程度上自行纠偏。但在实际运行中发现，这种纠偏能力极为有限。 （七） 采用加长地脚螺栓

采空区铁塔基础出现不均匀沉降后，最简单的办法是垫高铁塔的塔脚板。而一般的地脚螺栓露出地面的长度在150～200mm，塔脚板调整高度极为有限。为此可在设计时就将地脚螺栓的长度加长，增加其调整长度。 三. 杆塔倾斜治理 （一） 释放导地线张力

杆塔倾斜后，为防止架空地线断裂、地线横担受损或导地线短路，应首先打开直线杆塔导地线悬垂线夹，使两侧导地线应力平衡。顺序为先释放架空地线悬垂线夹，后释放导线悬垂线夹，防止导线不平衡张力释放后，加大架空地线的不平衡张力。在打开架空地线的悬垂线夹前，应先将其张力通过葫芦等成立工具转移，防止发生跑线，伤及作业人员和地线发生跳跃。 （二） 调整塔脚板

当铁塔出现倾斜后，通过调整塔脚板高度的方法是最简单的扶正铁塔方法。如设计采用了加长地脚螺栓，则对于一般的铁塔倾斜都可以用垫高塔脚板的办法扶正。

调整方法为：先在塔的四周预设四条临时拉线，调整到合适程度；敲碎地脚保护帽，将四条塔腿的地脚螺栓适当松开；继续松开需要垫高的塔脚板地脚螺栓，一般铁塔在内应力的作用下，下沉的塔腿会自行恢复到一定高度，再通过调整临时拉线，可很容易地将四条塔腿操平；通过水准仪观测到四条塔腿水平后，即可将与塔脚板等宽的双U形铁板垫到塔脚板下，在垫铁板时应注意每层铁板应交叉放置；垫平后，将地脚螺栓紧固好，浇铸好保护帽。 （三） 更换塔脚板

如未采用加长地脚螺栓或地脚螺栓不足以调平塔腿，可以采用更好塔脚板的办法扶正铁塔。更换的塔脚板为预先按照最大下沉值加工好的异型塔脚板，安装后，其对应的主材高度应正好与沉降值最小的塔腿在一个高度。更换方法与调整塔脚板高度方法基本相同。 （四） 调整基础

有的运行维护单位在根开变化及杆塔倾斜值较小时，也采用调整基础根开和垫高基础的方法调平基础和恢复根开。

调整方法为：先在塔的四周预设四条临时拉线，调整到合适程度；将需要调整的基础全部开挖，直至基础底面，开挖宽度应适当大于基础底面积；先用液压设备顶住基础的底部侧面，将根开调整到设计值，这时变形塔材在铁塔内应力的作用下会自动恢复；在将下沉值较大的塔腿基础底板边缘开挖，用至少两台液压设备将基础顶起，在其底部垫入预制混凝土块，垫好后撤出工器具，回填基础。注意在抬升基础前，必须用枕木等将基础四周固定，防止在抬升过程中根开再次改变；在底部垫入混凝土预制块前，一定要将基础的四个角支撑好，防止液压设备出现故障伤及作业人员；底部垫入的混凝土预制块数量应充足，并摆放整齐，防止基础出现滑移。 （五） 更换杆塔

如通过上述方法无法修正，或杆塔变形严重，超过允许变形值，则需要更换杆塔。更换杆塔应按选择路径的方法选择塔位。

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