龙口洼里煤矿高压线铁塔下采煤的观测与分析

摘要　山东龙口电厂至招远的22万伏高压输电线路第43号铁塔位于龙口矿务局洼里煤矿7101工作面下顺槽南部30m处（距开切眼104m）上方。为了掌握回采工作面外拉伸区域内铁塔变形规律，在7101工作面上方建立了高压线铁塔变形观测站。通过观测资料分析，总结出铁塔在回采过程中的变化规律，可供类似矿区今后铁塔下采煤参考。
关键词　铁塔　采煤　变形　分析

1　地质条件
　　第43号铁塔位于龙口矿务局洼里煤矿7101工作面上方塌陷范围内。7010工作面近东西走向，东西长260m，南北宽109m，煤层倾角4°～11°，埋深113.6m，平均采厚2.2m。工作面地质条件复杂，断层发育，煤层顶板岩层脆弱，易冒落；煤层底板岩性松软，易底鼓变形。采煤方法为走向长壁式放炮落煤法开采，顶板管理方法为全部冒落法。循环进度和放顶步距均为1.0m，日进两个循环。

2　铁塔及基础的有关技术数据
　　铁塔为SZJ25双回路直线塔，塔高达40.0m，重8849.1kg，架设双回路LGF2—400防腐轻型钢芯铝。
　　铁塔基础为方型阶梯状，用150^＃砼灌注，体积为15.513m³，配钢筋重量119kg。铁塔基础剖面图见图1。

图1　铁塔基础剖面图

3　铁塔下沉变形预计
　　在回采7101工作面前，通过洼里煤矿1973年开采1201工作面的岩层移动资料的分析和1984年1207工作面正上方铁塔下采煤资料的分析，预计7101工作面采后地表最大下沉量2.112m（采厚2.20m，下沉系数0.96），铁塔处下沉0.15m，铁塔处地表倾斜率为6.9％，铁塔顶端偏斜0.276m。
　　1993年8月16日开始回采7101工作面，10月6日回采到铁塔处，到11月22日已采过铁塔112.0m，铁塔基础的下沉及铁塔的偏斜逐渐稳定。

4　措施
　　为了增加铁塔下采煤的安全系数，确保安全供电，采取了以下措施：
　　a　铁塔位于下顺槽20m、30m上方不等，因此要对7101工作面进行改造，使铁塔平面位置到工作面下顺槽上方不少于30m；
　　b　将工作面下顺槽以上20m块段内，降低采高回采，采高不得大于1.8m；
　　c　工作面推进，其上方距铁塔60m时，组织三班回采，保持均衡生产，加快推进速度，每日不少于2m，使铁塔受力均匀。

5　观测站的设置与观测
　　根据洼里煤矿1201工作面的岩层移动观测资料预计，在塌陷影响区域外设一固定点A，然后在洼里矿变电所控制点上架设测距仪，后视洼里煤矿煤仓控制点按5^″级导线精度测算出A点坐标，与洼里煤矿变电所一起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为高程基点。另外在实地找出铁塔中心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作为观测偏斜和顶端位移的目标，沿工作面走向（东西方向W测线）及过铁塔中心且垂直走向方向（南北方向S测线）每隔30m埋一基桩，铁塔四角的基础上各标出一点作为工作面与铁塔下沉的观测点（见图2）。

图2　7101工作面观测站示意图

　　观测铁塔顶端偏斜和地表位移时，分别以变电所A为测站，利用前方交会法按5^″三角的精度要求测量，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点的水平位移。
　　高程的观测，从高程点基1、基2按四等水准精度施测走向方向（东西W测线）和倾向方向（南北S测线）及铁塔四角基础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。
　　第一次观测时间为1993年9月8日，以此作为原始观测数据，以后每隔一日观测一次，共观测了41次，同时还观测了地表裂缝及丈量铁塔基础边长、对角线的变化等。

6　观测结果及资料分析
　　a　通过观测工作面走向方向上所设高程点，距回采面前方60m处地表开始下沉，30m处出现裂缝。按此计算超前影响角为62°09′（垂深为113.6m）。地表下沉稳定后工作面最大下沉值为1.932m（采高2.20m），下沉系数0.878。
　　b　工作面推进至铁塔相应位置时（即10月6日），铁塔下沉速度加快，当工作面采过铁塔22m处，下沉速度最大。其中：
　　1^＃点为7mm/日
　　2^＃点为6mm/日
　　3^＃点为5mm/日
　　4^＃点为5mm/日
　　最大下沉速度的出现1^＃、2^＃点最早，3^＃、4^＃点晚3天。下沉速度在4mm/日以上的有15天，该时间内下沉值为70mm，占总下沉量的64％。从倾向观测线下沉曲线图中看出，下沉曲线拐点在下顺槽上方，即W₄点（倾向观测线下沉曲线见图3）。
　　c　铁塔基础下沉的同时，并伴有偏斜及水平位移，二者活动规律基本一致（见图3）。

图3　7101工作面倾向观测线下沉曲线图

　　因铁塔位于工作面下顺槽南部30m处上方，当塌陷盆地沿走向方向波及到铁塔基础后（10月6日），铁塔顶端开始向工作面方向（北偏西）偏斜，同时铁塔基础也向工作面方向位移。随着工作面继续推进，铁塔顶端偏斜方向也随之向东北方向偏斜，于1993年11月22日（回采工作面超过铁塔112m）基本稳定，与铁塔基础下沉同步，此时的最大偏斜值为254mm，地表水平位移120mm（地表水平位移及顶端偏斜移动轨迹见图4）。

图4　铁塔水平位移曲线图

　　d　根据80天41次观测各点的最大下沉值见附表。

附　表