一种采纠协同的输电塔维护方法

1.本发明涉及输电塔领域，具体为一种应用于矿层开采区域的采纠协同的输电塔维护方法。


背景技术：

2.输电线路铁塔(输电塔)是用来支撑和架空导线的塔架结构，是使导线与导线、导线与杆塔、导线对地面或交叉跨越物保持规定的安全距离的高耸式塔状构筑物，其采用空间桁架结构，杆件主要由单根等边角钢或组合角钢组成，杆件间靠螺栓连接。由于输电塔为高耸构筑物，故对倾斜变形非常敏感，对地基不均匀沉降要求高，常规输电铁塔及其基础结构难以适应煤矿采空区的地表移动变形，有可能造成输电铁塔偏斜甚至倾覆。现有技术一般在输电塔的基础结构处设置可纠偏的结构以减小采动造成的倾斜影响，但是结构复杂，纠偏后维护困难，稳定性差，如采用齿轮咬合方式进行纠偏，后期齿轮处发生屈服会造成输电塔瞬间倾斜；同时现有的具有纠偏功能的输电塔没有将纠偏功能与采动地表沉陷/倾斜的动态规律相匹配，主要是在采后地表沉陷/倾斜稳定后再进行纠偏，针对性差。


技术实现要素：

3.针对上述现有技术中存在的不足，本发明提供一种采纠协同的输电塔维护方法，用于浅埋煤层且输电线路沿着煤层走向方向布置的情况，包括如下步骤：
4.a.采区间自右而左回采，采区内沿着煤层走向布置回采工作面，在回采工作面左侧的采区上山煤柱内布置有本采区用采区上山，在回采工作面的右侧为相邻的右侧采区的采区上山煤柱，将输电线路布置于采区倾向中部的回采工作面的中间；
5.采区上山煤柱的宽度为w1，煤层埋深为h，岩层垮落角为δ，输电塔之间间距为j，对于浅埋煤层满足h/tanδ+w1/2＜j，无需在悬臂支撑区上设置输电塔；
6.b.在煤柱支撑区的走向中部布置第一输电塔，所述第一输电塔将塔身的中部设置为可以使塔身上部升降、使塔身上部旋转的结构；
7.确定回采工作面的长度l，使其满足l＝(n-1)
×
j-w1，n为相邻的两个煤柱支撑区之间的输电塔的个数，并包含煤柱支撑区正上方的输电塔；
8.c.在充分采动区上依据间距j布置第二输电塔，所述第二输电塔将塔身的中部设置为可以使塔身上部旋转的结构；
9.d.自中间向两侧进行采区内回采工作面的回采，即首先回采输电塔正下方的回采工作面，采用自右而左的后退式回采方式；
10.随着回采工作面的回采，右侧的第一输电塔逐渐向左回正，此时向右旋转塔身上部，使得塔身上部始终保持正直；
11.随着回采工作面的回采，第二输电塔先向右倾斜，此时逐渐向左(逆时针)旋转塔身上部，之后随着回采工作面的继续回采，第二输电塔开始向左回正，此时逐渐回旋塔身上部，整个过程使第二输电铁塔的塔身上部始终保持正直；
12.随着回采工作面的继续回采，左侧的第一输电塔开始向右倾斜，此时逐渐向左旋转塔身上部，使左侧的第一输电铁塔的塔身上部始终保持正直；
13.e.之后前后交替回采两侧的回采工作面；
14.f.采区回采完毕且地表下沉稳定后，整体降低第一输电塔的塔身上部，以与第二输电塔高度相协调；对右侧的第一输电塔和第二输电塔的塔身中部进行加固；
15.g.左侧的采区回采时，参考本采区右侧的第一输电塔的维护方法对本采区左侧的第一输电塔进行维护。
16.优选的，所述第一输电塔整体呈四棱台结构，包括自上而下依次连接的上部塔身、中部伸缩塔身、中部旋转塔身、下部塔身和塔基座；中部伸缩塔身包括四周平行于四棱台侧面的升降伸缩柱和中部垂直的升降伸缩柱，升降伸缩柱的底端通过钢架连接固定；中部旋转塔身包括呈斜半四棱台形式的中部旋转塔座，其上面固定于中部伸缩塔身底面，其下棱与下部塔身顶部左侧铰接，采用旋转伸缩柱下端铰接下部塔身顶部右侧，上端铰接中部旋转塔座的右棱。
17.优选的，所述第二输电塔整体呈四棱台结构，包括自上而下依次连接的上部塔身、中部旋转塔身、下部塔身和塔基座；中部旋转塔身包括呈斜半四棱台形式的中部旋转塔座，其上面固定于上部塔身底面，其下棱与下部塔身顶部左侧铰接，采用旋转伸缩柱下端铰接下部塔身顶部右侧，上端铰接中部旋转塔座的右棱。
18.进一步的，所述旋转伸缩柱、升降伸缩柱可以是电控伸缩也可以是液压伸缩结构；沿上部塔身前后方向设置有塔壁，用于支撑输电线。
19.优选的，步骤b中，还包括确定回采工作面宽度w的步骤，使其满足w＞h，保证中间的工作面回采后采区沿着倾向已充分采动。
20.优选的，步骤d中，旋转伸缩柱位于右侧；
21.随着本采区回采工作面的回采，右侧的第一输电塔逐渐向左回正，此时逐渐收缩旋转伸缩柱，使得上部塔身和中部伸缩塔身始终保持正直；
22.随着回采工作面的回采，第二输电塔先向右倾斜，此时逐渐顶升旋转伸缩柱，之后随着回采工作面的继续回采，第二输电塔开始向左回正，此时逐渐收缩旋转伸缩柱，整个过程使第二输电铁塔的上部塔身始终保持正直；
23.随着回采工作面的继续回采，左侧的第一输电塔开始向右倾斜，此时逐渐顶升右侧的旋转伸缩柱，使左侧的第一输电铁塔的上部塔身和中部伸缩塔身始终保持正直。
24.优选的，步骤d中，在回采工作面回采过程中，也可收缩第一输电塔的中部伸缩塔身，以与第二输电塔高度实时相协调。
25.优选的，步骤e中，在回采前后紧靠中部回采工作面的两侧的回采工作面时，若输电塔受回采影响大出现倾斜问题时，参考步骤d进行纠偏。
26.优选的，步骤f中，整体收缩第一输电塔的中部伸缩塔身，以与第二输电塔高度相协调；对右侧的第一输电塔的中部伸缩塔身、中部旋转塔身和第二输电塔的中部旋转塔身进行加固。
27.进一步的，采用输电塔桁架进行加固或者采用输电塔桁架替换升降伸缩柱和旋转伸缩柱进行加固。
28.有益效果：本发明针对浅埋矿层开采后采空区沉陷特点，有针对性的在不同区域
设置具有不同纠偏特点的输电塔，形成应用于煤矿采空区的可纠偏输电塔组；所述输电塔组可以实时匹配工作面回采时的动态沉陷，使得输电塔的塔臂始终保持正直状态；将调节层位设置于塔身中上部，大大降低调节的难度。
附图说明
29.图1是本发明可纠偏输电塔在煤矿开采区布置图，上为俯视图，下为沿走向的剖视图；
30.图2是本发明具有可纠偏功能的第一输电塔；
31.图3是本发明具有可纠偏功能的第二输电塔；
32.图中：采区上山煤柱1、煤柱支撑区11、第一输电塔12、回采工作面2、充分采动区21、第二输电塔22、岩层垮落角4、分界线5、分界线与地表的交汇处6、悬臂支撑区7；
33.第一输电塔12：上部塔身121、中部伸缩塔身122、中部旋转塔座123、旋转伸缩柱124、下部塔身125、塔基座126、塔壁127；
34.第二输电塔22：上部塔身221、中部旋转塔座222、旋转伸缩柱223、下部塔身224、塔基座225、塔壁226。
具体实施方式
35.下面结合本发明实施例中的附图，对本发明的技术方案进行更为详细的描述。
36.如图1-3所示，本发明的一种煤矿开采区用可纠偏输电塔组，包括布置于煤柱支撑区11上的第一输电塔12和布置于充分采动区21上的第二输电塔22；
37.所述第一输电塔12将塔身的中部设置为可以使塔身上部升降、使塔身上部旋转的结构；具体的，所述第一输电塔12整体呈四棱台结构，包括自上而下依次连接的上部塔身121、中部伸缩塔身122、中部旋转塔身、下部塔身125和塔基座126；中部伸缩塔身122包括四周平行于四棱台侧面的升降伸缩柱和中部垂直的升降伸缩柱，升降伸缩柱的底端通过钢架连接固定；中部旋转塔身包括呈斜半四棱台形式的中部旋转塔座123，其上面固定于中部伸缩塔身122底面，其下棱与下部塔身125顶部左侧铰接，采用旋转伸缩柱124下端铰接下部塔身125顶部右侧，上端铰接中部旋转塔座123的右棱；所述旋转伸缩柱、升降伸缩柱可以是电控伸缩也可以是液压伸缩结构；沿上部塔身121前后方向设置有塔壁127，用于支撑输电线；
38.所述第二输电塔22将塔身的中部设置为可以使塔身上部旋转的结构；具体的，所述第二输电塔22整体呈四棱台结构，包括自上而下依次连接的上部塔身221、中部旋转塔身、下部塔身224和塔基座225；中部旋转塔身包括呈斜半四棱台形式的中部旋转塔座222，其上面固定于上部塔身221底面，其下棱与下部塔身224顶部左侧铰接，采用旋转伸缩柱223下端铰接下部塔身224顶部右侧，上端铰接中部旋转塔座222的右棱；所述旋转伸缩柱223可以是电控伸缩也可以是液压伸缩结构；沿上部塔身221前后方向设置有塔壁226，用于支撑输电线。
39.一种采用上述可纠偏输电塔组进行采纠协同的输电塔维护方法，用于浅埋煤层(一般指埋深小于250m的煤层)，且输电线路基本沿着煤层走向方向布置的情况，包括如下步骤：
40.a.采区间自右而左回采，采区内沿着煤层走向布置回采工作面2，回采工作面2的
长度为l，在回采工作面2左侧的采区上山煤柱1内布置有本采区用采区上山，在回采工作面2的右侧为相邻的右侧采区的采区上山煤柱1，将输电线路布置于采区倾向中部的回采工作面2的中间；
41.采区上山煤柱1的宽度为w1，煤层埋深为h，岩层垮落角4为δ，输电塔之间间距为j，对于浅埋煤层，其深度应满足h/tanδ+w1/2＜j，即无需在悬臂支撑区7上设置输电塔；
42.如某矿的采区上山煤柱的宽度为w1＝60m，煤层埋深为h＝200m，岩层垮落角为60
°
，输电塔之间间距为300m，其深度满足200/tan 60
°
+60/2＝145.47m＜300m；
43.采区上山煤柱正上方对应的地表区域为煤柱支撑区11，其宽度为w1；回采工作面2回采后其上部的岩层会垮落，垮落的岩层与采区上山煤柱支撑的未垮落的岩层之间的垮落分界线5与水平面形成的夹角4为岩层垮落角δ，这个垮落分界线5与地表的交汇处6将回采工作面2正上方地表分为两侧的邻接煤柱支撑区11的悬臂支撑区7，以及中部的充分采动区21；采区内回采工作面2回采后，充分采动区21内地表下沉量基本一致，几乎不存倾斜，而悬臂支撑区7地表会向充分采动区2方向倾斜；悬臂支撑区7的长度为lx＝h/tanδ，充分采动区21的长度为lw＝l-2
×
lx。
44.b.在煤柱支撑区11的走向中部布置第一输电塔12，所述第一输电塔12将塔身的中部设置为可以使塔身上部升降、使塔身上部旋转的结构；
45.确定回采工作面的长度l，使其满足l＝(n-1)
×
j-w1，n为相邻的两个煤柱支撑区11之间的输电塔的个数，并包含煤柱支撑区11正上方的输电塔；
46.如某矿在相邻的两个煤柱支撑区11之间设置7个输电塔，则回采工作面的长度l＝(7-1)
×
300
–
60＝1740m；
47.c.在充分采动区21上依据间距j布置第二输电塔22，所述第二输电塔22将塔身的中部设置为可以使塔身上部旋转的结构，其旋转伸缩柱223位于右侧；
48.d.自中间向两侧进行采区内回采工作面2的回采，即首先回采输电塔正下方的回采工作面，采用自右而左的后退式回采方式；
49.采区间采用自右而左的回采顺序，即右侧的采区已经回采完毕，则此时右侧的第一输电12的下部塔身125、塔基座126处于向右倾斜状态，通过顶升右侧的旋转伸缩柱124使得上部塔身121和中部伸缩塔身122处于正直状态，且升降伸缩柱处于收缩状态；
50.随着本采区回采工作面2的回采，右侧的第一输电塔12逐渐向左倾斜(回正)，此时逐渐收缩旋转伸缩柱124，使得上部塔身121和中部伸缩塔身122始终保持正直；
51.随着回采工作面2的回采，第二输电塔22先向右倾斜，此时逐渐顶升旋转伸缩柱223，之后随着回采工作面2的继续回采，第二输电塔22开始向左倾斜(回正)，此时逐渐收缩旋转伸缩柱223，最终随着充分采动区平底结构的形成，塔基座225恢复至水平，整个过程使第二输电铁塔的上部塔身221始终保持正直；
52.随着回采工作面2的继续回采，左侧的第一输电塔12开始向右倾斜，此时逐渐顶升右侧的旋转伸缩柱124，使左侧的第一输电铁塔的上部塔身121和中部伸缩塔身122始终保持正直；
53.对于第一输电塔，当其一侧的采区回采完后，第一输电塔向该采区方向倾斜，由于是浅埋煤层，倾斜量比较大，故通过顶升右侧的旋转伸缩柱124使得上部塔身121和中部伸缩塔身122处于正直状态，当其另一侧的采区回采后其会恢复正直状态(左右两侧的回采区
域对称)，此时收缩伸缩柱124使得上部塔身121和中部伸缩塔身122处于正直状态。
54.e.之后前后交替回采两侧的回采工作面，在回采前后紧靠中部回采工作面的两侧的回采工作面时，若输电塔受回采影响大出现倾斜问题时，参考步骤d进行纠偏；
55.在倾向上由于前后两侧的回采工作面对称回采最终输电塔不会向两侧倾斜，因此无需在倾向上纠偏；
56.f.本采区回采完毕且地表沉陷稳定后，整体收缩第一输电塔12的中部伸缩塔身122，以与第二输电塔22高度相协调；对右侧的第一输电塔的中部伸缩塔身122、中部旋转塔身和第二输电塔的中部旋转塔身进行加固，或者采用常规的输电塔桁架替换升降伸缩柱和旋转伸缩柱实现加固；
57.g.左侧的采区回采时，参考本采区右侧的第一输电塔的维护/调节方法对本采区左侧(左侧采区右侧)的第一输电塔进行维护/调节。
58.优选的，步骤b中，还包括确定回采工作面宽度w的步骤，使其满足w＞h，保证中间的工作面回采后采区沿着倾向已充分采动，如某矿工作面宽度为250m。
59.优选的，步骤d中，在回采工作面回采过程中，也可收缩第一输电塔12的中部伸缩塔身，以与第二输电塔22高度实时相协调。