张沟矿高压输电线路铁塔下采煤的安全性
研究#
唐照成1，黄成飞2，郭文兵1*
基金项目：国家自然科学基金资助项目（50974053）；国家重点基础研究发展计划项目（2009CB226107）
作者简介：唐照成，（1968-），男， 工程硕士，张沟煤矿总工程师，主要研究方向：采矿理论与技术 5 （1. 河南理工大学能源科学与工程学院，河南 焦作 454003；
2. 大唐华银攸县能源有限公司，湖南 株洲 412005）
摘要：本文以张沟煤矿高压输电线路铁塔为工程背景，采用理论分析和现场观测相结合的方
法，对16 采区工作面的布置及工作面推进顺序进行了优化设计，对各工作面开采以后造成
的地表移动和变形进行了预计，对输电线路和铁塔的采动影响程度进行了准确预测和评价。
10 现场实测表明，通过上述研究，实现了高压输电线路铁塔采煤的安全，为高压线塔保护煤柱
的安全开采及塌陷区输电铁塔的建设和安全性评估提供了重要依据，社会效益和经济效益显
著。
关键词：开采沉陷；高压输电线路铁塔；概率积分法
 0 引言
35 我国煤炭资源分布广泛，建筑物、水体、铁路下（简称“三下”）压煤量大（约140
亿吨），“三下”压煤开采已成为矿区面临的主要难题[1-3]。随着对煤炭资源高强度、大面
积的开采，所引起的地表沉陷不仅会影响矿区生态环境，而且对地表建筑物、铁路、水体、
高压输电线路等造成了严重损害，影响到矿区乃至社会工农业生产和可持续发展。资源与环
境协调开采问题、开采损害与保护问题的矛盾日益突出[4-6]。
40 郑煤集团张沟煤矿16 采区正在按计划开采，上部地面存在有白郑高压输电线及铁塔，
其中有3 个铁塔会受到16 采区开采的影响。为了分析16 采区按设计开采以后对输电线铁塔
的采动影响程度，以便采取相应的维护加固措施，确保高压线（塔）的安全有效运行。本文
 在收集张沟煤矿16 采区的地质采矿资料和地表移动观测资料的基础上，对各工作面开采以
后造成的地表移动和变形进行预计，对输电线路和铁塔的采动影响程度进行准确预测和评
45 价，进行铁塔下采煤的安全性研究和论证，并提出铁塔及时维修方法及措施，确保输电线路
的安全有效运行。本文的研究对于最大限度的提高煤炭资源回收率、缓解矿井采掘接替紧张
的矛盾、预防或减轻采动损害、保护输电线（塔）等地表构筑物等具有重要的理论和实际意
义。
1 16 采区概况
50 16 采区主要位于矿井的南部，走向长约520m，倾斜长度约360m，面积约18.7 万m2。
采区内地面标高约+239m，煤层底板标高-20～-120m，煤层埋藏深度259～359m，平均埋藏
深度为309m。16 采区开采煤层为二1 煤层，根据附近钻孔、16 采区运输下山及16 轨道下
山揭露情况，煤层厚度变化较大，最薄0.4m，最厚7.5m，一般在3～5m 之间，平均厚度约
3.18m，煤层走向40°，倾向130°，单斜构造，煤层倾角为13-20°。根据附近钻孔柱状
55 图及有关资料，煤层直接顶板为深灰色砂质泥岩或泥岩，底板为砂质泥岩，加上煤层本身为
粉状，是典型的“三软”煤层。
2 16 采区工作面开采方案布置优化
理论和实践研究表明，高压输电线（塔）对开采引起的地表倾斜最敏感，应尽可能减少
倾斜对铁塔的影响，其中最有效的办法是合理布置采煤工作面位置，使高压线路铁塔处于地
60 表下沉盆地的主断面位置。张沟煤矿拟在16 采区下山北翼布置16011、16031、16051、16071
四个工作面。根据开采沉陷理论，当煤层倾斜时，最大下沉点偏向下山方向，如图2-1 所示，
且向下山方向偏离的距离按下式计算：
0 d=H ×ctgθ =307.6×ctg81.3
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