地下开采引起的高压线杆倾斜的定量研究.pdf

第l 期 2 0 0 3年3月 矿山测量 MI NE S URVE Yl NG №． 1 Ma r ．2 O 0 l3 地下开采弓 r 起的高压线杆倾斜的 定量研究 成枢姜永阐 刁建鹏 山东科技大学地科学院 山东 泰安2 7 1 0 1 9 麓要高压线杆的倾斜，尤其是垂直于高压输电线路方向的倾斜，严重危及高压输电线路的安全．文中通过实地现测 与理论分析，总结出地下开采5 l 起的地表倾斜与高压线杆倾斜定量关系的经验公式．使高乒输电线路受地下开采影响 产生的倾斜，可通过对回采工作面各开采时期地表倾斜的正确预计推导出来，以有效地 柏 导高压线杆的综合治理． 关键词地下开采地表移动高压线杆倾斜线性关系 l 弓 I 畜 地下开采必然引起地表产生移动变形，影响地 面设施的正常使用 。当匣I 采区域影响朐地表范围 内 存在高压输电线路时，地表的倾斜必然导致高压线 杆倾斜。高压线杆的倾斜，特别是垂直于高压输 电 线路方向的倾斜，将严重危及高压输电线路的安全 运营 。 随着科学技术的发展 ，地下丌采引起的地表移 动变形的计算方法 日趋完善，计算结果的准确性大 大提高。特别是在应用具体地质采矿技术条件下求 得的计算参数后，对相同地质采矿条件下的地表移 动变形的计算，已十分便利和准确 。为了能对地面 高压输电线杆受地下开采引起的倾斜量进行更精确 的预计，以便预先采取加固维护等措施 ，确保高压 输电线路的安全，有必要深入研究高压输 电线杆的 倾斜与地表倾斜的定量关系 。 本文以兖矿集团济三煤矿4 3 0 l I引采工作面开 采后产生的地表移动变形观测为例 ，根据地表移动 变形规律，预计出地表在不同开采时期的倾斜情 况。对照同时期的高压输电线杆的倾斜观测情况 ， 对线杆的倾斜量和地表倾斜量进行统。L tl -_u J 归分析， 得出二者之间定量关系，从而更好地指导高压线路 受开采影响时期的维护修理。 2 地质采矿条件 兖矿集团济宁三 号 煤矿4 3 0 l 工作面位于矿井 工业广场东北部，四采区东部，东西大巷北侧，北 辅巷东侧 ，丌切眼北距北部采区边界巷道3 3 4 m。 走 向 长 l 7 7 ． 3 m ， 倾 向 长 为 l 3 4 7 ． 8 m ， 面 积 2 4 1 3 4 8 ．7 m z 。开采煤层为3 下 煤 ， 。厚 度 3～7 ． 8 平均煤层6 ． 8 8 m，煤层赋存较稳定，结构简单 ， 局 部含0 ． 1 7 m的夹矸 ，煤层倾角0。～l 1。。煤 层老顶 为 1 6 ． 7 8 ．2 9 ． 9 0 m厚的中砂岩，灰 白色 、 泥 质 胶 结 、厚 层状 ，遇水 风化 直 接 项 为0～ 3 ． 5 0 m 厚的粉砂及粉细砂岩互层，灰黑色、较致 密 、水平层理 ，含星点状黄 铁矿 ；直接 底为0～ 2 ． 8 m厚 的铝质泥岩 ，具滑感 、遇水 易膨胀 ，含 植物化石 ；老底 为1 ． 0～ 1 0 ． 0 4 m厚的粉砂 岩 ，灰 黑色、致密、坚硬，含黄铁砂结核。工作面标高为 ⋯ 5 2 0 5 6 0 m，地 面标高 3 4 ． 3 3 6 ． 5 m，平 均 开采深度5 7 5 ．4 m。采用倾斜长壁综采放顶煤方式 开采，全部陷落法管理顶板。4 3 0 l 工作面地表地 势平坦，大部分为农田，l l 0 k V高压线路贯穿整 个工作面。地面设施主要有l l O k V高压线路、公 路、河堤、通讯线路等。 吲采工作面与地面高压输电线路的相对位置关 系见图 1 。‘ ． ，～ J ， J 图l 4 如l工 作面与高 压线抒相对 位熏、 ， 。 ’ 3 高压输电线路情况 济三煤矿沿4 3 0 1 工作面上方I 1 0 k V三号井I 维普资讯 差 塑 ⋯⋯～ 一一一 一 一 线，由南至北横穿憋个采面。该高压线 自济二矿变 电所馈 出 ， 电压 等 级 为 l 1 0 k V 。 导线 型 号L G J 一 1 2 0 ，避雷线 型号G J - 3 5 。杆塔类型 为钢筋混 凝土 门型杆。其中，直线杆型为拔梢双杆，中问带一组 叉梁。杆梢端直径1 9 0 mm ，底端直径4 3 0 mm ，基 础 埋深2 ． 6 m 。耐张杆型为等径双杆 ，杆径为3 0 0 mm， 基 础 埋 深 1 ． 5 m。双 杆 间距4 ． 2 5 m，杆 高 1 8 m。绝缘子串 ，直线杆为7片 ，耐张杆为8片 ， 长度 约 1 ． 2m。 由于矿区地面十分平坦 ，故高压线路在开采影 响范围内杆塔基础点的原始高程变化很小，最大高 差为 1 ． 2 m。线杆平均高 1 6 m。 型童一垫 旦 主要影响正切值 t g 1 3 1 ． 8 最大下沉角 09 0 。 - 0 ． 6 a拐点平移距 s 0 ． 0 4 r i o 。 4 ． 4 观测与计算结果 通过对4 3 0 l 工作面不同开采时期的线杆倾斜 量的观测和同时期地下开采引起的线杆处地表倾斜 值的计算，获得结果如附表所示。 附寰 线杆与地裹倾辩螬暴 4 线杆倾斜量的观测与地表倾斜量的计算 4 ． 1 观测方案 在 4 3 0 1 工作面丌采影响前后及丌采过程中 对受开采影响的高压线杆进行观测和监测，以便于 及时掌握受丌采影响 的范围和程度指导各种维 护 、修理措施和施T 兼顾分析研究该具体地质采 矿技术条件下的岩层与地表移动变形的基本规律； 提 出以下观测方案。 对 l 1 0 k V高压线路的每个线杆附近及距线杆 一 定距离内 ，沿线路方向和垂直线路方 向各布置一 对观测点，用以对线杆处的下沉、线杆沿线路方向 和垂直线路方向的倾斜情况进行监测。共布设了 2 2 个测点监测线杆的下沉布设了 4 4个测点监测 线杆的倾斜 布设了 6个控制点测定各测点在矿区 坐标系中的位置。 4 ． 2 观测方法 高压输 电线杆的下沉观测 ，是依线杆监测点为 基础 ，以线杆下部预先设立的标记点为 目标 ，采用 三角高程观测方法进行测定线杆高度是以线杆底 部与线杆顶端高程之差计算获得线杆顶部的倾斜 景是观测通过线杆顶端的垂赢面与两线杆底部标 记 连线所截数值之变化与线杆高度之 比计算得到。 4 ．3 地表倾斜计算方法 地下丌采引起的地表移动变形计算是采用兖州 矿区普遍采用且 效果较好的概率积分法进行的。各 种计算参数，是根据 4 3 0 1 工作面具体地质采矿技 术条件的岩移观测资料总结分析结果，结合国家 自 然科学基金重点项 目 “ 煤矿上覆岩层移动破坏研 究”中的分报告 “ 综采放顶煤 I 采移动规律及参数 研究 ” ，从而得到的充州矿区概率积分法参数和地 质采矿条件之问的关系求出的经验公式，最后计算 结果，综合分析确定的。计算参数为 下沉系数 q0 ． 8 1 水平移动系数 b 0 ． 2 8 ； ． ～堡杆 号 3 7 3 8 3 9 4 0 4 1 4 2 观 测 日 期 ～ ～ ～、 、 ～ 2 0 0 1 年 实测倾斜量 0 ． 7 6 2 ． 7 5 3 ． 6 6 1 ． 3 4 1月4日 地表倾斜量 O ． 9 5 2 ． 2 5 2 ． 4 5 O ． 7 5 2 0 0 1 年 实测倾斜量1 ． 5 3 3 ． 9 7 4 ． 2 8 3 ． 7 2 2月2日地表倾斜量 0 ． 9 5 2 ． 2 5 2 ． 5 5 2 ． 0 5 2 0 0 1 年 实测倾斜量1 ． 4 3 2 ． 8 8 3 ． 2 5 4 ． 7 5 3月 l 6日 地表倾斜量 0 。 9 5 2 ． 2 5 2 ． 4 5 2 ． 2 5 5 线杆倾斜量与地裹倾斜值的关系 5 ． 1 观测结果的整理 ． 山线杆处地表倾斜计算值 设为X ，m m和线 杆倾斜观测值 设为 Y ，mm得到 两点之 间关系 的散点图 见图 2 a 图 2 散点 图与回归直线 山图2 可以明显看出，线杆倾斜量和地表倾斜 量之问存在线性关系Yk x 七 为待定常数 。 5 ． 2 k 值估计 对线杆倾斜量和地表倾斜量进行线性回归，找 出最接近真值的 k 值。使 Q 七 ∑ f k x mi n 则有 一 l 6 l 6 七 ∑ x , yj ／ ∑ x i -l ， 暑l 也旗是七 一 ’ X T y 矩阵形式 。可 以算出k 1 ．5 2 2 ，即求出的回归方程为 1 ． 5 2 2 x 见图2 。换算成与线杆 高度 ， ， ， 有关的经验 5 3 ●O O O O O 5 一 O O o o 劢一 l O 2 l一 维普资讯 第l 期 2 0 o 3年3月 矿山测量 Ml NE S URVE Yl NG 妯． 1 Ma r ． 2 O0 3 公式为 1 0 ． 0 3 3 H 5 ．3 参数假设检验 为了检验上述经验公式的可靠性，可进行以下 三种方法的显著性检验。 1 相关系数检验法 相关系数检验法采用相关系数尺作统计量，假 设Ho 与 相互独立 。其中 R 二 趔 ． ～ 足 。 ， ， 一2 ＼ 一 2 】 P 尺。 a l 。 ， 则拒绝原假设n o ， 与 相关。 值越接近l ，说明相关程度越高一经验公式 越可靠。选 定置信水平 a-- 0 ． 0 1 ，其 自山度 一 2 i 4 ，则查表得 0 ． 6 2 3 。实际计算得 0 ． 9 7 ，易 判断出I 尺l 只 。 ，因此回归有效， 所得经验公式可靠。 2 检验 法 采用统计量 ，假设H o 与 相互独立。 ， _ 一 ～， 一 2 s 、 Q 式中 乘常数估值 So _随机变量的标准差； 值的协因数 权系数 。 尸 I t l ra ， 2 a 若 l t l ，a ，2，则拒绝原假设．故 与坼相 关．回归有效。 选 定置信 水平 a0 ． 0 1 ．其 自山度 ， ， 一 2 1 4 ， 查表得 ， a ， 2 2 ． 5 8。实际计算得 Q 一’ ／ 4 3 ． 3 3 7 5 ， 0 [ w] ／ n0 ． 1 2， ， _ ． 2 8 ． 9 2 。显然 ，a ，2 ，I亘 I 归 ／ 0 ． 1 2 ／ 4 3 3 3 7 5 。。 方程有效。 3 方差分析 选择统计量 F_ 兰 一 ～F 1 ，， ， 一 2 ， ， 一 2 选定置信水平 a o ． 0 1 ，其 自由度 刀 一 2 1 4， 查 表得F o I 1 ， 1 4 8 ． 8 6 。由于 【州 1 ．9 4 4 3 ， Q【 一 】 3 3 ． 2 0 1 4 ，Ql Q Q 2 3 2 ．2 5 7 1 ，放 F2 2 5 ． 0 6 ，显然F ， 。 ，说明回归方程有效。 以上三种假设检验，均能证明回归方程有 效，说明所得经验公式是可靠的。 6 结论 处于移动盆地上方的高压输 电线杆受开采影响 产生两个方向上的倾斜。通常情况下，顺着线路方 向的线杆倾斜 由于电线的张力与牵 引力作用，使线 杆沿线路方向的倾斜对线路产生的危害，比线杆垂 直线路方向的倾斜引起的危害小。本文结合济三煤 矿4 3 0 1 工作面回采中对高压输电线杆倾斜进行的 观测，并根据地表移动规律和统计规律找到了线杆 倾斜最和线杆所处的地表倾斜值之问的关系。使高 压输电线杆受开采影响产生的倾斜量，可通过地表 倾斜值的计算获得。对线杆的及时维修和安全具有 重要的指导意义 。 j - | 考文献 【 I 】何 固清等． 矿山开采沉陷学． 徐 州中田矿业大学出版 社 ，I 9 8 9 【 2 】姚应生等． 测量误差检验与数据处理． 北京煤炭工业 出版社 ，l 9 9 l 第一作者篱介成抠．男．教授．现在山东科技大学工 作。曾获山东省科技进步二等奖两项．三等奖一项．发表 学术论文5 O 余篇．出版著作3 部。1 9 9 8年获中田煤炭青 年科技奖。 收日期稿2 0 0 2年 I 1 月 1 2日 上接第 4 5页 [ 2 ]张明金 ．张平． 饭心地理信息 系统设计研究． 地理学报 ． 1 9 9 5 增 刊 ． [ 3 ]宋关福．钟耳顺． 组件式地理信息系统研究与开发．中国图 象图形学报，1 9 9 8 5 [ 4 】土 疃 丹．郑坤，I j 黎辉． 组件技术在G I S系统中的研究与应用 [ J ] ． 地球科学一一中国地质大学学报．2 0 0 2 3 [ 5 ] 方裕． 用成虎． 景贵飞等．第四代G I S软件研究 [ j ] ．中国 图象图形擘报 ． 2 0 0 l 9 [ 6 ]廖凌松 ． 黄杏元． t ． - l “ r c l n f o的开放式组件G I s的开发探 讨 [ j ] ． 计算机l应用研究． 2 0 0 2 ． __。 一～ 簟一作●■介 贾艳鹏．男．河北保定人．1 9 7 7年生．现为中 田矿业大学 北京校 区资源与安全学院地质工程专业研究 生．主要从l i t山地理倍患系统的研究。 收稿 日期 2 0 0 2年 I 2月 2 4日 维普资讯