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摘要： 通过对玉华煤矿 4-2煤层地质采矿条件、金西线 330kV 高压输电线路情况、玉华煤矿地表岩移实测资料分析，通过不同开采方案的采动影响和经济效益对比分析，对三、四盘区高压线塔下开采可行性进行了论证，在限厚开采范围内采取“只采不放”方式，以最低采厚开展试采，在积累高压线塔下采煤经验后，逐步调整和优化开采参数，并充分做好地表及输电线塔变形监测工作，及时进行数据分析，总结掌握玉华煤矿煤层开采地表沉陷规律及其对高压线塔的影响规律，积累高压线塔下采煤经验，为后期优化开采参数提供技术基础和保障，从而实现高压线塔下安全高效采煤。

关键词：高压输电线路下采煤   可行性分析  开采方案

引言：

玉华煤矿煤层覆岩有巨厚砂砾岩层，据矿井前期地表移动变形实测成果可知，该区地层具有埋深大、地表移动变形缓慢且轻微等特点，因此根据矿井前期的开采实践经验，尝试进行金西线高压输电线路下采煤。鉴于输电线路电压等级和重要性较高，为了在保证高压输电线路安全运行的前提下进一步回收煤炭资源，对玉华煤矿330kV 高压线塔下开采可行性及开采方案进行研究，分析总结矿井岩移参数，对每个线塔所受可能的采动影响进行预计分析，对线塔下煤层开采可行性进行分析论证。

1.矿井概况

玉华煤矿属于黄陇侏罗纪煤田东段的焦坪矿区，位于铜川市西北 37 公里处的凤凰山下。矿井于 1991 年 12 月筹建，2002 年 8 月正式投产，2012 年核定能力 240 万吨/年。 矿井含煤地层为中、下侏罗统延安组，主采煤层为 4-2 号煤层，厚度在 0～31.53m 之间，平均厚度 10m 左右。矿井采用立井、单水平、 中央石门、分区式开拓方式。采煤方法为走向长壁式综采放顶煤、全部垮落法管理顶板。

2.金西330kv高压线塔地表压煤情况

矿井共划分为四个盘区（即一盘区、二盘区、三盘区、四盘区），目前，正在一、二盘区组织生产，四盘区正在开拓，预计四盘区2023年4月底开拓至盘区边界。金西线高压输电线路为 330kV 单回线路，输电线路沿“东南-西北”方向穿过玉华煤矿井田范围三、四盘区，其中有 2 基塔位于三盘区边界，有 6 基塔位于四盘区中部，编号依次为 275#～282#，如图 1-1 所示，三、四盘区 4-2 煤层埋深700～864m，根据矿井留设的金西线保护煤柱范围，该输电线路压覆三、四盘区的资源量分别为 133.5万 t、1353.2万 t，分别占盘区可采资源量的 3.3%、42.5%。金西线压覆资源量巨大，尤其金西线横跨四盘区中部，四盘区被金西线保护煤柱划分为 2 个小尺寸的开采区域，只能布置若干较短的工作面，严重影响盘区的工作面布置和生产效率。

3. 地表沉陷预计方法及参数

玉华煤矿前期针对 1405、1407 工作面开展了地表沉陷观测工作，虽然受地表观测条件限制和测点破坏的影响，但也通过现有数据分析得到矿井地下开采引起的地表沉陷特点。

1407 工作面走向长 950m，倾向宽 150m，煤厚 5.9～13.7m，平均 9.0～10.0m，倾角 5°，平均采深 449m，于 2001 年 11 月开采，至 2002 年 4 月停采。1405 工作面走向长 990m，倾向宽 170m，煤厚 9.0～14.7m，倾角 4°，平均采深 449m，于 2003 年7 月开采，至 2004 年 3 月停采。1407 工作面与 1405 工作面间区段煤柱宽 58m。 1407 观测站于 2002 年 2 月建站并进行第一次观测，至 2004 年 11 月观测结束。在 1407 工作面回采期间直至结束，地表测得的下沉量较小，2002 年 11 月测得最大下沉 43mm；在 1405 工作面采后，2004 年 11 月测得的最大下沉 786mm。由 1407 观测站实测数据看，1407、1405 工作面开采引起的地表下沉量较小，主要原因有如下几点：

（1）开采充分度小。1407 工作面单独开采时，采宽与采深之比为 0.27，开采充分度较小，后期随着 1405 工作面的开采，采空区面积的加大使地表沉陷的范围和量值有所增加，但两个工作面四周均为实体煤，整体的开采充分度依然较小。

（2）煤层覆岩结构影响。该区煤层覆岩第四系较薄，以基岩为主，基岩以砂岩、砾岩为主，白垩系砾岩较坚硬，抗压强度最大达 256.16MPa，洛河组岩层厚度大、整体性好，均对下部移动变形向地表的发展起到一定抑制作用。

（3）区段煤柱的支撑隔离作用。两个工作面间区段煤柱宽 58m，类似条带工作面布置形式，该煤柱可有效支撑上覆岩层，抑制了两侧工作面采动影响的叠加。

（4）观测工作面煤层埋深约 450m，地表移动期相对浅埋煤层较长，一般为 24 个月左右，1405 工作面回采过观测线下方时至最后一次观测的间隔时间约为 12 个月，虽然地表移动活跃期已过，但衰退期还有一定的残余变形。结合煤层覆岩条件、工作面开采技术条件和地表移动变形实测结果，对该区煤层开采地表移动变形预计参数进行了反演分析，得到如下岩移参数：

下沉系数： η=0.2

主要影响角正切： tgβ=1.8

水平移动系数： b=0.3

开采影响传播角： θ=90°-0.61α （α 为煤层倾角）

拐点偏移距： S=0

以上述参数重新对观测区工作面开采引起的地表下沉进行预计，并与实测数

据对比，预计下沉曲线的形态与实测曲线基本一致，但量值偏大，在此对实测数据中未测得的残余变形进行了补充。因此，该拟合参数较为符合 1407、1405 工作面的类似条带开采技术条件。

4.三、四盘区高压线塔下开采可行性分析

根据矿井实际条件确定的备选技术方案有全采方案、限厚开采方案。对上述技术方案引起的地表及线塔的采动影响进行预计分析，并对比论证线塔下煤层开采的可行性。

4.1  高压线塔下全采方案采动影响分析

四盘区8 基线塔下方煤层埋深 670～800m，采厚 3.0～12.0m；由于下方煤层采深、采厚不等，尤其是采厚相差较大，其各自所受最大动静态变形差别较大，水平移动、倾斜、水平变形方向均以平行工作面推进方向为主。 6 基塔下方煤层采厚均较大，因此线塔下沉量均较大，达约 3.0～5.1m，将引起导线对地距离减小，地表为山区，高低起伏较大，可能引起局部线路对地安全距离不足；水平移动主要为开采过程中的动态移动，在下部工作面开采过后逐步恢复为较小的量值，275#～280#塔最大动态水平移动量达约 994～1565mm，根据各塔之间档距、水平移动方向和大小分析，275#～280#塔的水平移动量均接近或超出档距 1/300 的限值；276#、279#、280#塔由于下部采厚达 8.0m 及以上，其地表发生的最大倾斜超出了 10.0mm/m，275#塔、277#塔的倾斜变形也接近 10.0mm/m；276#、279#塔下部采厚达 10.0m 及以上，其地表发生的最大水平变形达 6.0mm/m 及以上；278#塔下部采厚为 7.0m，其地表发生的最大倾斜、水平变形未超出安全运行变形限值；281#、282#塔位于井田边界、三盘区开采范围以外约 200～300m，其地表发生的倾斜和水平变形相对较小。

4.2  高压线塔下限厚开采方案采动影响分析

提出2个限厚开采方案，首先是限厚开采方案①，即满足线塔变形控制要求的最大采厚方案，经分析，在原线路保护煤柱范围内各线塔下限制采厚6.0～7.0m；其次是限厚开采方案②，即根据工作面采煤设备技术参数，在原线路保护煤柱范围内“只采不放”的最小限制采厚 3.0m。

4.2.1  限厚开采方案①

地表发生的移动变形显著减小。275#～280#塔地表最大下沉达约 1.9～3.7m，线路对地距离将有所减小，在线塔及地表同时发生下沉的过程中，线路对地距离减小值小于地表最大下沉值；动态水平移动最大值为 852～996mm，根据各塔之间档距、水平移动方向和大小分析，277#～280#塔的水平移动量接近档距 1/300 的限值，但在下部工作面开采后可逐步恢复至较小的量值；275#～280#塔在煤层开采过程中所承受的最大倾斜、水平变形分别为 8.8mm/m、4.7mm/m，均可满足线塔安全运行的要求。

4.2.2限厚开采方案②

四盘区线塔下方限制采厚 3.0m 后，6 基线塔在煤层开采过程中所承受的最大倾斜、水平变形分别为 4.0mm/m、1.8mm/m，均可满足线塔安全运行的要求；动态水平移动最大值为 428mm，在下部工作面开采后可逐步恢复至较小的量值，线塔最大下沉达约 1.6m。线塔所受采动影响均显著减小，更有利于线塔的运行安全。

5.高压线塔下开采可行性论证

根据金西线高压线塔下全采方案、保护煤柱限厚开采方案引起的地表及线塔的采动影响分析结果，三盘区煤层开采边界距离输电线塔较远，对 281#、282#塔采动影响较小，地表仅可能发生轻微裂缝，因此三盘区的开采不影响线塔的正常运行；四盘区煤层全部开采难以保证地表线塔的安全运行，尤其是 275#～280#共 6 基塔下部煤层全部开采将对其产生较为严重的采动影响，动态水平移动、倾斜变形、水平变形超出或接近线塔安全运行变形限值，虽然动态变形在工作面推过之后会逐步恢复，但在采动影响期间对线塔构件或整体安全均形成较为严重的安全威胁；两个 个限厚开采方案均可将四盘区地表线塔所受的动态水平移动、倾斜、水平变形控制在安全限值以内，在采动影响期间不影响线塔的正常运行，在下方工作面采过后变形将逐步恢复至较小量值，其中限厚开采方案①采厚较大，引起的线塔地表下沉量较大，在开采期间加强对线路运行情况的巡视，避免线路对地距离过小。

从技术角度看，三盘区煤层开采边界距离输电线塔较远，开采对金西线线塔影响较小，不影响线塔的正常运行；四盘区在输电线路保护煤柱范围内采取限厚开采可将线塔变形控制在允许限值以内，均能保证输电线路的安全运行。

从经济角度看，线塔维护成本根据全采方案中四盘区地表 6 基塔维护难度最大，维护措施以基础加固、调斜、变形监测为主，变形严重时需要原地重建，每塔维护成本以 200 万/塔计；限厚开采方案①维护难度次之，以基础加固、变形监测为主，每塔维护成本以 100 万/塔计，其他方案中线塔维护以变形监测为主，每塔维护成本以 50 万/塔计。

从现场生产管理角度看，限厚开采方案可实现工作面连续、长推进距离布置，易于生产管理，而条带开采方案和煤柱不采方案工作面布置方向前后发生变化，巷道掘进量大，且西部工作面推进距离逐步缩短，工作面搬家频繁，生产管理较复杂，生产效率相对较低。

6．结论

由以上综合分析可知，玉华煤矿三、四盘区 330kV 高压线塔下开采是可行性的，输电线路保护煤柱有限厚开采方案和条带开采方案可供选择，相比而言，限厚开采方案①采出煤量最多，且易于生产管理，在对线塔采取一定维护措施后可保证线路的安全运行，总体技术经济效益最佳，是最为合理可行的开采方案。 为了进一步保证输电线路的安全，在四盘区前期开展高压线塔下采煤期间，推荐采用限厚开采方案②，即在限厚开采范围内采取“只采不放”方式，以最低采厚开展试采，在积累高压线塔下采煤经验后，逐步调整和优化开采参数，在首先保证输电线路安全的前提下实现井下安全高效开采。

参考文献：

[1]黄福昌，倪型华，张怀新，等.厚煤层综放开采沉陷与治理技术[M].煤炭工业出版社，2007，137-168.

[2] 郭文兵，郑彬.高压铁塔下放顶煤开采及其安全性研究.采矿与安全工程学报，2011，266-270.