高压输电线铁塔采动损害与保护技术现状及展望

为了全面了解采动影响下高压输电线铁塔变形特征,解决煤矿面临的高压输电线铁塔压煤开采问题,从地表沉陷控制研究、高压输电线路铁塔下采煤实践、采动对高压输电线路及铁塔影响、高压输电线路铁塔保护技术等方面,总结分析了国内外高压线铁塔采动损害与保护技术的研究现状。分析结果表明:高压输电线路铁塔不是单一孤立的构筑物,而是由地基、基础、铁塔结构和导线等组成的空间结构体系,其变形规律与一般高耸建(构)筑物存在差异,现有采动区建(构)筑物损害评价及保护理论不适合。指出应研究建立基于地基基础、铁塔结构、线路协同变形理论的高压线铁塔下采煤安全防护理论和技术措施。     

高耸构筑物采动变形特征与地基精准注浆加固机理

高耸构筑物与一般建筑物不同,对地表移动变形量的响应与敏感性具有显著的特殊性。通过理论分析、数值模拟与工程实例应用等方法研究了高耸构筑物采动变形特征与保护技术。阐述了地表高耸构筑物采动变形特征的特殊性,并以高压输电线路铁塔为例,采用理论分析与数值模拟相结合的方法,系统分析了地表下沉、水平移动、曲率、倾斜、水平变形对高耸构筑物采动变形的影响：地表倾斜导致铁塔屈服主要是由于塔基处轴向压应力达到其最大值,而拉伸(压缩)变形导致铁塔屈服主要是由于塔基处轴向拉(压)应力达到其最大值;基于高耸构筑物采动变形特征,提出并实施了高耸构筑物地基精准注浆加固技术,并通过理论分析揭示了地基精准注浆加固机理,得出基于地基下沉量的精准注浆压力理论公式;系统分析了精准注浆加固作用：注浆加固作用提高强度、注浆充填作用补偿下沉与注浆调斜作用矫正角度(倾斜);凝练出基于地基“下沉量-注浆压力”的高耸构筑物地基精准注浆加固技术核心内容,包括注浆依据、注浆时机、注浆位置、注浆作用与注浆机理;并在白坪煤矿广播电视信号铁塔下采煤进行了应用验证,研究结果表明：应用高耸构筑物地基精准注浆加固技术后,广播电视信号铁塔基础最大变形量(1...     

浅埋深高强度开采地表高压线塔安全性分析

为了开采高压线铁塔下压煤,并保护高压线铁塔的安全。采用地表移动变形预计与现场实测相结合的方法,对高压线铁塔受采动引起的下沉量、下沉速度以及倾斜度等方面进行了分析,研究了浅埋深高强度开采下高压输电线路铁塔的安全性。研究结果表明：当工作面开采后,高压输电线路铁塔的变形值会超过其允许变形值,高压输电线路的运行存在安全风险,必须采取安全措施。工作面推进过铁塔中心的距离约为92 m,铁塔的下沉速度最大。随着工作面推进过铁塔中心距离增加,铁塔下沉速度逐渐衰减。通过对铁塔定期调斜加固,实现了高压输电线路铁塔下的安全采煤,使高压线铁塔顺利度过了地表移动的活跃期,高压线路及铁塔在采动影响期间运行良好,产生了较好的经济和社会效益。     

采动影响下高压线塔与地基、基础协同作用模型研究

采用理论分析的方法,建立了协同作用力学模型。在此基础上,根据采动区地表变形曲线和边界条件,求解独立基础高压线塔桁架结构的挠曲线微分方程,再由挠曲线方程求解高压线塔桁架结构附加变形和附加内力。研究表明：采动影响下地基、基础与铁塔结构的协同变形理论模型能更好地描述采动影响下高压线铁塔移动变形特征,可以计算采动影响下高压线路铁塔的移动变形及附加应力,并通过计算实例进行了验证。     

电视信号铁塔下压煤开采与动态调斜保护技术

为解放电视信号铁塔下压煤资源并保障广播电视信号铁塔安全运行,在分析地表移动变形规律的基础上,研究了电视信号铁塔采动变形特征及塔身倾斜动态调整保护技术。利用概率积分法对铁塔处地表移动变形进行计算并评估其运行安全性,据此分析了采动影响下铁塔倾覆稳定性。计算结果表明：工作面开采后铁塔基础处倾斜变形超过其极限倾斜变形值,结构抗倾覆能力降低,铁塔运行存在安全风险;对工作面开采过程中铁塔移动变形进行了现场监测,现场监测结果表明：随着工作面的推进,电视信号铁塔呈现阶梯状下沉趋势,采煤工作面停产或推进速度过慢时,塔基处不均匀沉降增幅较大,导致铁塔倾斜变形增大;阐明了铁塔倾斜变形动态调整保护技术原理,提出并实施了电视信号铁塔动态调斜保护技术,根据铁塔移动变形监测结果确定铁塔动态调斜时机并进行铁塔调斜工作,调斜后的塔基倾斜度小于电视信号铁塔的采动极限倾斜变形值,确保了电视信号铁塔的安全运行,成功地实现了电视信号铁塔下压煤资源开采,提高了资源采出率,产生显著的经济和社会效益,并验证了实施电视信号铁塔动态变形保护技术开采其下方压煤的可行性。     

特厚煤层放顶煤开采过地表高压线铁塔技术应用

为了解放高压线铁塔下压覆煤炭资源,黄玉川煤矿采用地表移动变形预计与现场实测成果相结合的方法,分析研究了放顶煤开采影响下高压输电线路铁塔的安全性及地表移动规律,在216_上02工作面开采过程中使用"井"字梁式整体连续可调基础,对铁塔采取调平、抬高及平移等措施进行调节与监测,总结了10m以上特厚煤层放顶煤开采应用"井"字梁式整体连续可调基础高压线铁塔的下沉、倾斜、水平移动规律和实践经验,为国内10m以上特厚煤层放顶煤开采、煤层倾角变化大及伪倾斜布置采煤工作面过地表高压线铁塔开创了先河。     

高耸构筑物采动损害与保护技术研究现状与展望

我国一些矿区面临着高耸构筑物下压煤技术难题。矿区高耸构筑物具有高度大、横断面小、重心高、支撑基础底面积小等特点，作为一种特殊的构筑物，其对地下开采引起的地表移动变形较敏感。在分析了高耸构筑物自身特性及其采动变形特征基础上，从采动变形理论、数值模拟、变形监测技术、保护技术等4个方面总结分析了高耸构筑物采动损害与保护技术的研究发展历程，包括高耸构筑物与地基、基础协同变形理论、工作面开采对高耸构筑物变形影响数值（物理）模拟分析、实时高效精准监测技术、地基精准注浆加固技术、基础抗变形改造技术、高耸构筑物动态调斜技术、源头减损技术等；并展望了高耸构筑物采动损害与保护技术的4个发展方向：地表移动变形多指标作用下高耸构筑物采动变形规律，采动地表沉陷规律与高耸构筑物变形传导机理，高耸构筑物实时高效精准变形监测技术，高耸构筑物精准保护技术，以便形成地表高耸构筑物“变形小-监测精-保护准”的综合理论与技术体系，为高耸构筑物下安全高效采煤提供理论和技术支撑。     

采动影响下高压线塔基可调式基础改造加固技术研究

西北荒漠地区拥有大量高压电塔,然而煤层采动对这些塔基的安全性构成了严重威胁。为了确保采动对高压输电线路的安全性,本研究采用了概率积分法来预测高压线塔基地表移动变形,并对受采动影响的塔基进行了分析和评估,同时提出了改造加固技术的具体方案。研究结果显示,通过采用杆塔基础加固改造、杆塔的纠倾和杆塔平移等措施,可以有效解决高压电线塔在井田采动作用下出现的倾斜、坍塌和变形等问题。这种改造措施不仅保证了电力供应的安全性和稳定性,还降低了对生态环境的损害,并避免了由输电线路坍塌引发的人身伤害,对于解决西北荒漠地区高压电塔受采动影响的安全问题具有重要意义。这项研究的成果不仅保障了电力供应的可靠性,还为其他类似工程提供了有价值的实施指导。     

浅埋煤层综放开采过特殊区域采放管理应用技术分析

针对千树塔煤矿11301工作面回风顺槽上方地表外侧10 m存有35 k V铁塔情况,在工作面回采后引起地表弯曲下沉破坏,铁塔线路受到威胁。通过理论计算铁塔前后留设25 m、工作面一侧留设50 m顶煤时地表弯曲下沉各个参数值,数值模拟分析放落顶煤和不放落顶煤2种方案的地表点垂直位移和水平位移,并结合相关规程的要求,通过采取综合优化采放工艺和地表铁塔基础加固联合技术措施,综放工作面成功地通过了铁塔,达到了预期的目标。     

高压线铁塔下放顶煤开采及其安全性研究

为了开采高压线铁塔下压煤,并保护铁塔的安全,采用地表移动变形预计与现场实测相结合的方法,从采动引起的铁塔基础不均匀沉降量、高压线铁塔的倾斜、转角、根开以及铁塔下沉速度等方面分析研究了放顶煤开采影响下高压输电线路铁塔的安全性.研究结果表明:高压线塔基础不均匀沉降量、铁塔的倾斜值均超过一般建筑物的Ⅳ级损害标准,高压线铁塔抵...     

复杂条件下软岩巷道底鼓综合治理技术研究与应用

陈四楼煤矿北翼-640 m轨道暗斜井在巷道掘进过程中受落差163 m的F₁₈正断层影响,巷道由断层下盘的泥岩、砂质泥岩层位进入断层上盘的K₅砂岩层位施工,岩层破碎,应力集中,巷道底板持续变形严重,针对陈四楼煤矿北翼-640 m轨道暗斜井巷道底鼓持续变形的现象,基于巷道围岩变形机理、松动圈理论、围岩加固理论,通过理论分析、现场试验、矿压观测等手段,提出了复杂条件下软岩巷道底鼓综合治理技术,即:采用“注浆+锚网（钢带）+中空注浆锚索注浆（锚索梁）+混凝土浇筑”的联合底鼓治理技术,有效改善围岩力学性质,提高锚杆锚固基础。现场工程实践表明,该套软岩巷道底鼓综合治理技术有效控制了巷道变形,确保了巷道安全生产使用要求,支护效果明显,对治理软岩巷道底板反复变形和矿井的长期高效安全生产建设具有重大的意义。     

区段煤柱下巷道修复加固技术

 北峪煤矿3-101运输平巷从上覆2#煤层区段煤柱下方的一侧斜穿到另一侧,斜穿煤柱段距上覆煤柱垂直距离为1.0~3.5m。2#煤层区段煤柱宽度为18m。在区段煤柱集中应力作用下,运输平巷两帮相对移近达2m左右、煤体破碎,巷道变形严重。针对这种情况,在分析巷道变形破坏原因的基础上提出修复加固技术,即采用水力膨胀锚杆支护两帮破碎煤体,顶板补打高强螺纹钢锚杆和锚索进行加强支护。工程实践表明,该技术能够使锚固区煤帮形成整体承载结构,使顶板形成组合梁承载结构,并与深部围岩相连,有效的控制了巷道围岩变形,取得了显著的技术经济效益。     

祁东矿巨厚坚硬顶板切顶无煤柱开采技术应用研究

为解决当前煤矿开采过程中存在煤炭采出率低、留煤柱开采引起应力集中、巷道围岩控制难等问题,以祁东煤矿7135工作面为工程背景,提出切顶沿空留巷技术。通过对巷道围岩运动特征和留巷技术原理的研究分析,确定切顶留巷关键技术参数,并在现场进行了工程应用。结果表明,采用高强预应力锚索补强顶板、垛式支架支撑顶板及可伸缩U型钢挡矸防护等联合支护体系,实体煤帮平均变形量达到166 mm,采空区帮平均变形量达到237 mm,顶板平均下沉量达到163 mm,平均底鼓量208 mm,留巷变形满足安全生产要求。     

煤炭资源开采对坡体变形影响规律模拟研究

为了研究煤炭开发造成的地表沉陷对坡体变形影响规律,基于FLAC数值模拟软件建立背坡和向坡开采两种数值模拟模型,分析对比了向坡和背坡开采对坡体变形的影响规律。研究结果表明:水平地表下煤炭资源开采对坡体的影响较小,坡体变形量较小;而坡体下煤层开采时,坡体的水平与垂直变形增加幅度均较大。背坡开采的垂直变形较向坡开采有大幅度增加,背坡开采的垂直位移最大值发生在坡体中部,向坡开采垂直位移发生在坡体端部,背坡开采和向坡开采垂直变形量最大值分别为3.9 m和1.5 m。研究成果可为类似条件下煤炭资源开发提供参考依据。     

低阶厚煤层立体分层抽采瓦斯技术及应用

低煤阶煤层气资源受到了越来越多的关注,有望成为新的研究热点和煤层气勘探开发新领域。基于神东煤炭集团保德煤矿主采的8号煤层属典型的结构复杂低阶厚煤层的特点,开展了低阶厚煤层立体分层抽采瓦斯技术的研究。通过对矿井原有封孔工艺的改进,应用煤矿井下钻孔抽采瓦斯效果预测平台,优化8号煤层回采工作面瓦斯预抽钻孔的布孔工艺,进一步应用井下双向立体交错钻孔联合抽采瓦斯工艺实施回采前的工作面瓦斯治理,使之形成立体分层抽采瓦斯的格局。工程应用结果表明,应用低阶厚煤层立体抽采瓦斯技术可有效降低煤层瓦斯含量,使工作面实现回采前的瓦斯抽采达标。试验期间,累计抽采瓦斯量1 651.93万m³,瓦斯的预抽率达58.96%。     

注浆加固技术在十三矿-685 m进风大巷中的应用

针对煤矿开采深度不断向深部延伸,掘进巷道受深部高应力的影响越来越大,巷道围岩整体稳定性差,矿山压力显现越剧烈现象,一般锚网喷加锚索支护无法从根本上控制巷道的变形。总结了平煤股份十三矿-685 m进风大巷注浆加固技术,依据对巷道掘进之后变形监测数据的采集,对巷道变形机理进行分析研究,并对注浆时段进行了合理选择,在对巷道的注浆工艺进行了充分论证的基础上,对巷道进行了注浆。注浆后效果表明:巷道滞后注浆时间段的选择非常重要,巷道在恰当的时间内进行注浆加固施工,能有效控制巷道的变形,巷道注浆后变形量明显减小,岩体的稳定性明显增强,减少了巷道日常维修工作,降低了矿井的生产成本,保障了矿井的安全生产。     

建筑物下压煤条带煤柱巷柱式加固技术及应用

为了提高条带开采的采出率,可采取巷柱式加固煤柱、减小留宽的方法。通过数值模拟分析,揭示了巷柱式条带煤柱可以优化条带开采方案和煤柱加固方案,研究结果表明煤柱加固能减少留设煤柱的宽度,提高条带开采采出率。结合国内某矿特殊的地质采矿条件和巷柱式煤柱加固思想,在试验区采用拱棚木垛联合加固技术,木垛与棚架组成的巷柱式加固宽度1.5 m,间距2 m。通过井下煤柱位移监测和地表变形监测数据分析可知,井下巷柱式加固体最大竖向位移为361 mm,地表最大下沉值217 mm。煤柱加固有效地防止煤壁的破坏,地表变形得到了一定的控制,确保了建（构）筑物的安全使用。因此,巷柱式煤柱加固思想能为建筑物下采煤提供重要的途径和借鉴。     

无煤柱沿空掘巷技术在永夏矿区的应用

针对永夏矿区城郊煤矿十四辅助采区轨道巷完全沿空掘进围岩控制问题,分析了无煤柱沿空掘巷在资源采出率、围岩应力环境、施工效率等方面的优越性。通过建立完全沿空掘巷围岩力学模型,较为详细的分析了中厚煤层无煤柱沿空掘巷围岩应力分布规律、上覆岩层的赋存状态,总结了完全沿空掘巷围岩的变形特征,并提出无煤柱完全沿空掘巷围岩控制需要解决的关键问题。有针对性地制定了围岩控制方案,顶板采用“锚网梯+锚索补强”、沿空侧帮部通过“留设薄煤皮+打设29U型钢棚柱”、实体煤侧帮部采用“锚网帯+锚索补强”的联合支护技术方案。现场施工后设置矿压观测站,对无煤柱沿空掘巷围岩控制技术实施效果进行了跟踪监测。观测结果显示,巷道施工后顶板离层量及顶帮变形量较留设煤柱施工大幅减少,验证了技术方案的有效性。     

残采综放工作面过空巷围岩变形规律及关键技术研究

残采工作面会面临多层位多角度空巷进行回采,给工作面安全回采带来技术难题。以山西某矿6212残采综放工作面为背景,利用数值模拟分析了残采工作面过顶煤斜交空巷、底煤斜交空巷和交叉点围岩变形规律。模拟结果表明:至少应距离空巷25 m进行空巷加固措施,沿顶掘进的空巷底板塑性区发育明显,交叉点围岩应力集中程度高,应加强支护和管理。针对现场空巷的空间位置,提出了密集支柱或木垛、锚网索、超高水材料注浆预充填等过空巷关键支护技术,保证了残采工作面的安全回采。     

大采高大断面回采巷道区段煤柱宽度的优化研究

针对王庄煤矿大采高工作面两巷掘进支护和回采期煤体破碎严重、围岩变形量大、巷道维护困难的情况,综合采用数值模拟和工程实践分析的方法,结合6110工作面地质条件,系统地分析了不同宽度区段煤柱下巷道围岩的应力演化及变形规律,得出了区段煤柱合理宽度为6 m。在此基础上提出了"高强度预应力锚杆配合金属菱形网和双筋梯子梁基本支护、小孔径预应力锚索补强支护、单体液压支柱配合金属铰接顶梁加强支护"的巷道围岩控制技术。实践表明,试验巷道断面完全可以满足回采期间的通风行人要求,巷道维护状况良好,经济社会效益显著。