双水泥型杆塔在煤矿采空区的加固结构及方法与流程

本发明涉及输电线路加固领域，具体涉及一种双水泥型杆塔在煤矿采空区的加固结构及方法。

背景技术：

近年来，由于煤矿的大开发，经常导致地质灾害的发生，如煤矿采空区塌陷、地表开裂、错位等。公司所属输电线路大多位于陕北侏罗纪煤田上面，煤层埋藏较浅，约为40-150m之间，煤层厚度约3-5m，易发生煤矿采空区塌陷。由于煤矿采空区的塌陷，经常会导致塔基沉陷、杆塔倾斜、塔材扭曲甚至倒杆断线等情况，严重威胁电力线路的安全运行。

对于采空区的仍采用水泥杆塔的老旧输电线路，采用传统的工艺和方法，见效甚微，加固后仍然出现了杆塔折断和横担倾斜、造成线路相间放电的异常情况。

技术实现要素：

为了解决现有技术中的问题，本发明提出一种能够对双水泥杆塔进行加固，加固纠偏效果良好，满足线路安全运行的需要，达到线路运行标准，实现隐患的提前防范和预防，保证安全生产的双水泥型杆塔在煤矿采空区的加固结构及方法。

为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案为：

一种双水泥型杆塔在煤矿采空区的加固结构，包括浇注在双水泥型杆塔基础上的条形基础，条形基础内嵌有平面钢板，平面钢板上固定设置有若干组槽钢，若干组槽钢分别位于双水泥型杆塔杆体的两侧，槽钢与双水泥型杆塔杆体外轮廓接触，所述槽钢上固设有沿竖直向的立柱槽钢，立柱槽钢的顶部设置有用于支撑双水泥型杆塔横担的U型卡槽，立柱槽钢与双水泥型杆塔杆体固定连接；双水泥型杆塔的导线下端均设置有一组绝缘子串，绝缘子串下端设置有沿竖直向的钢芯绞线，钢芯绞线的一端固连绝缘子串，另一端固连条形基础，所述双水泥型杆塔上连接有根据煤矿工作面开采方向设置的长度可调45°拉线。

所述双水泥型杆塔杆体的两侧分别设置有两组槽钢，所述槽钢的凹面设置为与双水泥型杆塔杆体外轮廓相匹配的圆弧状。

所述U型卡槽包括在立柱槽钢顶部水平设置的横向槽钢，横向槽钢的两端分别设置侧耳。

所述横向槽钢的宽度与双水泥型杆塔横担的宽度相等。

所述条形基础上固设有挂线环，所述钢芯绞线的一端固连挂线环。

所述立柱槽钢的底部设置有槽钢斜撑，槽钢斜撑与立柱槽钢呈角度设置，槽钢斜撑一端与立柱槽钢固连，另一端与槽钢固连。

所述立柱槽钢通过抱箍与双水泥型杆塔杆体固定连接。

所述绝缘子串采用硅橡胶合成绝缘子串。

一种双水泥型杆塔在煤矿采空区的加固方法，包括以下步骤：

1)根据煤矿工作面开采方向在双水泥型杆塔上设置长度可调45°拉线；

2)将双水泥型杆塔基础挖开支模进行整体混泥土浇制，形成条形基础，并在条形基础上内嵌平面钢板，在双水泥型杆塔杆体的两侧分别固设若干组槽钢，槽钢与双水泥型杆塔杆体外轮廓接触，并使槽钢与平面钢板固定连接，在槽钢上固设竖直向的立柱槽钢，并将立柱槽钢与双水泥型杆塔杆体固定，立柱槽钢的顶部固设支撑双水泥型杆塔横担的U型卡槽；

3)在双水泥型杆塔每相的导线下端均设置有一组绝缘子串，绝缘子串连接竖直向的钢芯绞线一端，并将钢芯绞线另一端与条形基础固连，钢芯绞线不承受拉力，保持自然竖直，即完成双水泥型杆塔在煤矿采空区的加固。

所述步骤1)中若煤矿工作面开采方向和输电线路的轴向同方向时，则在双水泥型杆塔上沿输电线路的轴向侧面设置长度可调45°拉线；若煤矿工作面开采方向和输电线路的轴向处于交叉方向时，则在双水泥型杆塔上沿输电线路的轴向前后面设置长度可调45°拉线。

与现有技术相比，本发明的结构在双水泥型杆塔基础上浇注条形基础，利用条形基础作为基础加固，使双水泥型杆塔处于同一个加固基础之上，在发生沉降和塌陷时，基础部分同步，不易造成双水泥型杆塔杆体的折裂，条形基础内嵌有平面钢板，平面钢板上固设若干组槽钢，槽钢紧贴双水泥型杆塔杆体，槽钢上设与双水泥型杆塔杆体固定连接的立柱槽钢，利用槽钢和立柱槽钢对双水泥型杆塔杆体进行加固，在发生沉降和塌陷时不易发生杆体的折裂，同时立柱槽钢顶部的U型卡槽对双水泥型杆塔横担进行支撑，保证了杆体变形裂纹后，不至于引起杆塔上横担受力发生变形，引起跳闸事故。双水泥型杆塔的每相导线下端悬挂绝缘子串，采取竖直的钢芯绞线牵挂，能有效防止杆塔整体倾斜后造成绝缘子上翘倾斜，引起导线与横担距离不足而引发放电问题，且双水泥型杆塔上连接有长度可调45°拉线，长度可调45°拉线根据煤矿工作面开采方向设置，保证了在水泥杆塔基础在加固过程中，受沉降影响发生杆塔倾倒，另一方面在杆塔出现受沉降而引发的倾斜时，紧急调整长度可调45°拉线，靠拉线的力量和地质沉降的力量实现自平衡而调节，实现加固纠偏。本发明能够对双水泥杆塔进行加固，加固纠偏效果良好，满足线路安全运行的需要，达到线路运行标准，实现隐患的提前防范和预防，保证安全生产。

进一步，双水泥型杆塔杆体的两侧分别设置有两组槽钢，槽钢的凹面设置为与双水泥型杆塔杆体外轮廓相匹配的圆弧状，使槽钢能够更好的与双水泥型杆塔杆体贴合，另外立柱槽钢通过抱箍与双水泥型杆塔杆体固定连接，能够更好的加固双水泥型杆塔杆体，利用通过横向槽钢和侧耳构成的U型卡槽支撑双水泥型杆塔横担，从而保证了杆体部分不发生折断，或者发生折断也不至于引起杆头部分瞬间扭曲。

更进一步，立柱槽钢的底部设置有槽钢斜撑，槽钢斜撑与立柱槽钢呈角度设置，槽钢斜撑分别与槽钢和立柱槽钢固连，三者构成三角形的稳固结构，从而使整个结构能够与双水泥型杆塔杆体充分固定连接，进一步提高了加固的效果。

本发明的加固方法首先在双水泥型杆塔上连接长度可调45°拉线，长度可调45°拉线根据煤矿工作面开采方向设置，保证了在水泥杆塔基础在加固过程中，受沉降影响发生杆塔倾倒，另一方面在杆塔出现受沉降而引发的倾斜时，紧急调整长度可调45°拉线，靠拉线的力量和地质沉降的力量实现自平衡而调节，实现加固纠偏。然后对双水泥型杆塔基础和杆体部分进行加固，在双水泥型杆塔基础上浇注条形基础，利用条形基础作为基础加固，使双水泥型杆塔处于同一个加固基础之上，在发生沉降和塌陷时，基础部分同步，不易造成双水泥型杆塔杆体的折裂，利用槽钢和立柱槽钢对双水泥型杆塔杆体进行加固，在发生沉降和塌陷时不易发生杆体的折裂，同时立柱槽钢顶部的U型卡槽对双水泥型杆塔横担进行支撑，保证了杆体变形裂纹后，不至于引起杆塔上横担受力发生变形，引起跳闸事故。最后双水泥型杆塔的每相导线下端悬挂绝缘子串，采取竖直的钢芯绞线牵挂，能有效防止杆塔整体倾斜后造成绝缘子上翘倾斜，引起导线与横担距离不足而引发放电问题。

进一步，根据煤矿工作面开采方向，确定长度可调45°拉线的位置，如果煤矿工作面和线路同方向时，则在线路的左右侧面设置长度可调45°拉线，如果煤矿工作面和线路处于交叉方向时，则在线路的前后面设置长度可调45°拉线。保证了在水泥杆塔基础在加固过程中，受沉降影响发生杆塔倾倒的问题。另一方面在杆塔出现受沉降而引发的倾斜时，紧急调整长度可调45°拉线，靠拉线的力量和地质沉降的力量实现自平衡而调节，实现加固纠偏。

附图说明

图1为本发明基础加固的示意图；

图2为本发明双水泥杆塔杆体加固的示意图；

图3为本发明双水泥杆塔横担加固的示意图；

其中，1-条形基础、2-平面钢板、3-槽钢、4-立柱槽钢、5-U型卡槽、6-抱箍、7-槽钢斜撑、8-挂线环、9-钢芯绞线、10-双水泥型杆塔杆体、11-导线、12-双水泥型杆塔横担、13-绝缘子串。

具体实施方式

下面结合具体的实施例和说明书附图对本发明作进一步的解释说明。

参见图1，本发明结构包括浇注在双水泥型杆塔基础上的条形基础1，条形基础1内嵌有平面钢板2和挂线环8，平面钢板2上固定设置有若干组槽钢3，若干组槽钢3分别位于双水泥型杆塔杆体10的两侧，槽钢3与双水泥型杆塔杆体10外轮廓接触，优选地，双水泥型杆塔杆体10的两侧分别设置有两组槽钢3，槽钢3的凹面设置为与双水泥型杆塔杆体10外轮廓相匹配的圆弧状。

参见图2，槽钢3上固设有沿竖直向的立柱槽钢4，立柱槽钢4的底部设置有槽钢斜撑7，槽钢斜撑7与立柱槽钢4呈角度设置，槽钢斜撑7一端与立柱槽钢4固连，另一端与槽钢3固连，立柱槽钢4的顶部设置有用于支撑双水泥型杆塔横担12的U型卡槽5，U型卡槽5包括在立柱槽钢4顶部水平设置的横向槽钢，横向槽钢的两端分别设置侧耳，横向槽钢的宽度与双水泥型杆塔横担12的宽度相等，立柱槽钢4与双水泥型杆塔杆体10通过抱箍6固定连接；

参见图3，双水泥型杆塔的导线11下端均设置有一组绝缘子串13，绝缘子串13采用硅橡胶合成绝缘子串，绝缘子串13下端设置有沿竖直向的钢芯绞线9，条形基础1上固设有挂线环8，钢芯绞线9的一端固连挂线环8，钢芯绞线9的一端固连绝缘子串13，双水泥型杆塔上连接有根据煤矿工作面开采方向设置的长度可调45°拉线。

本发明的方法包括以下步骤：

1根据煤矿工作面开采方向在双水泥型杆塔上设置长度可调45°拉线，若煤矿工作面开采方向和输电线路的轴向同方向时，则在双水泥型杆塔上沿输电线路的轴向侧面设置长度可调45°拉线；若煤矿工作面开采方向和输电线路的轴向处于交叉方向时，则在双水泥型杆塔上沿输电线路的轴向前后面设置长度可调45°拉线；

2将双水泥型杆塔基础挖开支模进行整体混泥土浇制，形成条形基础1，并在条形基础1上内嵌平面钢板2，在双水泥型杆塔杆体10的两侧分别固设若干组槽钢3，使槽钢3与双水泥型杆塔杆体10外轮廓接触，并使槽钢3与平面钢板2固定连接，在槽钢3上固设竖直向的立柱槽钢4，并将立柱槽钢4与双水泥型杆塔杆体10固定，立柱槽钢4的顶部固设U型卡槽5，利用U型卡槽5支撑双水泥型杆塔横担12；

3在双水泥型杆塔每相的导线11下端均设置有一组绝缘子串13，绝缘子串13连接竖直向的钢芯绞线9一端，并将钢芯绞线9另一端与条形基础1固连，钢芯绞线9不承受拉力，保持自然竖直，即完成双水泥型杆塔在煤矿采空区的加固。

在实施本发明前需要对煤矿采空区的开采方案进行调研：1、对位于煤矿采空区杆塔进行GPS定位，获取每一基水泥杆塔坐标值；2、对煤矿开展调查了解，主要了解井田范围、开采深度，煤层厚度，开采方式，掌握煤矿工作面的地下坐标，将水泥杆塔的坐标和煤矿开采的坐标绘制在一张图上，确定出位于煤矿采空区的杆塔号。掌握每一基水泥杆塔在采空区的具体范围，分析每一基杆塔在煤柱上，还是在工作面上，掌握工作面开采方向是顺电力线路方向，还是和电路线路方向交叉等情况；3、根据上述调查情况分析，确定杆塔治理的先后顺序及预估塌陷的强弱等问题。

本发明的具体加固方案：

1、实施前的安全保护措施：根据调研的煤矿工作面开采方向，确定长度可调45°拉线的位置，如果煤矿工作面和线路同方向时，则在线路轴向的左右侧面设置长度可调45°拉线。如果煤矿工作面和线路处于交叉方向时，则在线路轴向的前后面设置长度可调45°拉线。

2、双水泥杆塔的基础加固：双水泥杆塔设计时，都采用单坑基础，杆底装设卡盘，两个水泥杆的基础相互独立。发生沉降和塌陷时，基础部分不同步，容易造成水泥杆折裂。

具体加固参见图1，双水泥型杆塔上的长度可调45°拉线固定好后，将双水泥型杆塔的基础挖开支模，进行整体混泥土浇制，制成宽800毫米、高800毫米、长2500毫米的条形基础1，浇制完成时预制400*400毫米、厚10毫米的平面钢板2嵌于条形基础1的表面上，保证杆塔基础成为整体。同时在条形基础1的两侧，以及双水泥杆塔中心线重合的线上，距离双水泥杆塔150毫米处预埋挂线环8。

3、双水泥杆塔的杆体部分加固：水泥杆塔有钢芯，带有一定的韧性，但是总体来说水泥杆比较脆，易受力发生折断，尤其水泥杆杆口部分铁件对接处及易由于水泥和铁的柔性系数不一致，而发生水泥柱部分先行折断，折断后塔头部分瞬间就会发生横担扭曲、导线短路等情况造成事故，因此水泥杆塔杆体部分必须保证不发生折断，或者发生折断也不至于引起杆头部分瞬间扭曲。

具体加固如图2：在双水泥型杆塔杆体10的左右两侧各立两组8*10槽钢3，槽钢3的凹面设为一个圆弧形，和双水泥型杆塔杆体10的外轮廓进行吻合相切。槽钢3的底部直接和条形基础1预埋的平面钢板2焊接在一起。在槽钢3上固设竖直向的立柱槽钢4，并将立柱槽钢4通过抱箍6与双水泥型杆塔杆体10固定，立柱槽钢4的顶部距离双水泥型杆塔横担12预留100毫米，在立柱槽钢4的末端再水平焊接横向的槽钢，横向槽钢和双水泥型杆塔横担12宽度相等并两边各预留100毫米，在横向槽钢的两边用槽钢再焊接一幅侧耳，侧耳高100毫米，形成一个U型卡槽5，U型卡槽5将双水泥型杆塔横担12拖住，正常情况下不受力。立柱槽钢4每隔3-5米加装一组抱箍，将立柱槽钢4固定住。在立柱槽钢4底部向上4-6米处加装一组8*10mm的槽钢斜撑7，进行加固。

4、双水泥杆塔的横担部分加固：杆塔横担部分，会由于不均匀沉降，造成横担下弯，致使绝缘子串发生倾斜，可能造成导线相间放电，或者导线对地放电，考虑严重情况下不中断供电，对杆塔绝缘子串进行间接固定，致使绝缘子不发生倾斜。

具体加固如图3，在每项的导线11的下部再悬挂一组绝缘子串13，35-110Kv线路建议使用110KV电压等级的硅橡胶合成绝缘子串，利用杆塔基础下部的预埋的挂线环8，通过钢芯绞线9将绝缘子串13连接起来，但是不承受拉力，保持钢芯绞线9自然垂直。如果运行过程中，发生沉降，双水泥杆塔的绝缘子不会发生较大的倾斜，保证不会发生跳闸。

5、杆塔的周边辅助设施部分加固：杆塔基础周边采空区塌陷后，总伴随着塌陷区的二次沉降，一般二次沉降到稳定期基本在三个月，三个月后塌陷基本趋于缓和和平稳。地表裂缝也会伴随塌陷出现错位和大幅开裂。这些现象都会导致加剧采空区的塌陷，影响输电线路的杆塔安全运行。

具体加固：建立采空区塌陷影响的分析、跟踪、预警、调整机制，详细制定一个跟踪分析表，塌陷部位采取有人蹲点值守，发现杆塔出现受沉降而引发的倾斜时，紧急调整长度可调45°拉线，靠拉线的力量和地质沉降的力量实现自平衡而调节，同时对受电用户采取风险预警，加强用户的应急电源的投入管理，实现信息共享，共同管护电网，实现电网运行平稳。对于杆塔周边出现的裂缝采取回填土的形式，防止氧气吸入，出现煤层的自然，导致塌陷的加剧。在加固后的杆塔周边修建排水渠，将杆塔周边的水道改接到其他地方，不因自渗水加剧塌陷。

本发明加固方法主要针对水泥型杆塔进行塌陷后的加固纠偏治理，具有很强的针对性，实效性。双水泥杆塔在煤矿踩空区的系统加固治理新工艺、新方法、新思路，是一个系统性的加固纠偏，与其他类加固方案相比，在于加固保证的出发点不一致，本发明方法首先保证的是输电线路不因水泥杆塔裂缝、裂纹而造成倒杆时，发生线路接地或者跳闸。同类技术中出发点在于只保基础，忽略了水泥杆塔杆体的脆弱性。

位于煤矿采空区上的输电线路发生塌陷时，一般采用新架立铁塔或改线的方案，但是存在塌陷范围较大，周边都是采空区，线路无走廊，线路需要绕很大的范围，投资很大。如果更换电缆，采货周期很长，而且造价很大，为后续的防外破埋下隐患，而且35KV电缆运行很不稳定。相比较于新架立铁塔或改线，双水泥杆塔在煤矿踩空区的系统加固治理项目具有投资少，见效快，不停电等优点，最大限度的减少了经济损失。

4、在杆塔基础再次发生沉降时，可以通过调节长度可调45°拉线对基础进行抬升，一次投资到位，永久解决杆塔沉降等优点。

5、本发明的实施解决，成功化解了采空区水泥型杆塔的加固纠偏难题，为水泥型杆塔加固问题积累了诸多经验，具备一定的推广应用价值。

本发明在水泥型杆塔两边采取槽钢，从基础立面到杆塔上横担，形成U型托架，支撑杆塔上铁横担，保证了水泥杆变形裂纹后，不至于引起杆塔上横担受力发生变形，引起跳闸事故。线路下方悬挂新绝缘子，采取垂直拉线牵挂，能有效防止，杆塔整体倾斜后造成绝缘子上翘倾斜，引起导线与横担距离不足，而引发放电。加固开始时，根据开采方向，装设45°拉线，保证了在水泥杆塔基础在加固过程中，受沉降影响发生杆塔倾倒。另一方面在杆塔出现受沉降而引发的倾斜时，紧急调整45°拉线，靠拉线的力量和地质沉降的力量实现自平衡而调节，实现加固纠偏。建立采空区塌陷影响的分析、跟踪、预警、调整机制，及时共享煤矿开采的信息，对用户实现及时的风险预警，实现联动反映，降低安全生产的压力，变被动为主动，实现安全的可控。

通过对流宝线路位于陕煤柠条塔煤矿采空区，造成线路杆塔倾斜、基础沉降等问题，通过采取“双水泥杆塔煤矿采空区的系统加固综合治理”，目前加固纠偏效果良好，未发生任何不安全事故，完全满足线路安全运行的需要，达到了《架空送电线路运行规程》所要求的运行标准，实现了隐患的提前防范和预防，保证了安全生产。同时对煤矿采空区，水泥型杆塔的加固纠偏积累了新的经验，新工艺、新方法得到了充分的验证。