摘要：由于采空区具有隐伏性强、空间分布特征规律性差、塌陷情况难以预测等特点。因此，如何根据地下采空区的分布范围、空间形态特征和采空区的冒落状况等对架空输电线路安全稳定运行影响程度进行量化评判，一直是困扰电力企业进行采空区潜在危害性评价及合理处治采空区架空输电线路对策的关键技术难题。
关键词：输电线路；采空区；危害；防治
采空区是由人为挖掘或天然地质运动在地表下面产生的“空洞”，采空区的存在使输电线路的安全运行面临很大的安全隐患。采空区对输电线路的危害非常大，但也无法避免，我们只能重视采空区的危害，做好防范措施，以达到线路的安全稳定运行的目的。
1.采空区对输电线路的危害
1.1杆塔倾斜位移
采空区塌陷后，对地表的影响首先是不均匀沉降，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。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。
1.2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尽相同，这就会引起基础根开的变化，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。
1.3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，3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。
1.4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。
1.4.1采深采厚比偏小。
当采深采厚比偏小时且煤层厚度较大时，采空区出现塌陷，杆塔可能出现严重倾斜，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，承载力大幅降低。
1.4.2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。
1.4.3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。
2.采空区的防范
2.1合理选择线路路径
防止采空区塌陷最根本的办法是避开矿区及采空区，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。
2.1.1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。
2.1.2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。
2.1.3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。
2.1.4选择稳定的采空区作为杆塔位。
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采空区塌陷变形有一定的时间规律，顶板一旦发生塌陷后，最初的三个月为活跃期，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。
2.1.5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。
2.2合理选择塔型
从位于采空区的杆塔运行及处理统计结果看，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。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。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。
2.3与采矿建立动态联系
一般正规的采矿企业均有采掘规划，各种地质数据、采空区数据也比较齐全，了解地表的建筑物、构筑物与地下采区的情况。运维护单位与这些企业建立密切的联系，提前掌握这些信息有助于采取预防措施，降低采空区塌陷对输电线路的危害。
2.4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，易引发导地线短路或架空地线断线。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。
2.5安装在线监测装置
在采空区安装在线监测装置可以及时发现杆塔倾斜防止发展为事故。在线监测装置的原理是利用一平衡模块实时监测杆塔的倾斜度，当感知杆塔发生倾斜时，通过GSM信号将测量结果传送至基站终端实现实时监控。
2.6采用大板基础
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。
3.杆塔倾斜治理
3.1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承力工具转移防止发生跑线，伤及作业人员和地线发生跳跃。
3.2调整、更换塔脚板
当铁塔出现倾斜后，通过调整、更换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，对于一般的铁塔倾斜都可以用垫高塔脚板的办法扶正：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，在内应力的作用下下沉的塔腿会自行恢复到一定高度，再调整临时拉线将四条塔腿操平；通过水准仪观测到四条塔腿水平，将与塔脚板等宽的双U形铁板垫到塔脚板下。垫平后将地脚螺栓紧固好，浇铸好保护帽。如未采用加长地脚螺栓或地脚螺栓不足以调平塔腿，可以采用更换塔脚板的办法扶正铁塔：预先按照最大下沉值加工好的异型塔脚板，安装后对应的主材高度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。
3.3调整基础
有的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：先在塔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；再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。
4.结束语
总而言之，在掌握了架空输电线路采空区域的详细情况以后，通过优化架空输电线路路径、合理选择杆塔型式、合理配置基础型式等，能为将来的采空区线路治理提供很好的条件，不仅能使治理工作大大简化，而且能大量节约治理费用，为企业创造经济效益。因此，采空区的预防和治理对架空输电线路安全、稳定的运行具有非常重要的意义和作用。
论文作者:刘敏,张东杨,孟雨涵
论文发表刊物:《电力设备》2018年第1期
论文发表时间:2018/6/4
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