一种可纠偏输电塔及其使用方法与流程

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可纠偏输电塔组及其使用方法。


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，本发明提供了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上的第一输电塔、布置于悬臂支撑区上的第二输电塔和布置于充分采动区上的第三输电塔；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的结构，所述第二输电塔将塔身的中部设置为可以使塔身上部升降的结构、将塔基座设置为可以使塔身整体旋转的结构，所述第三输电塔将塔身的中部设置为可以使塔身上部旋转的结构。
4.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、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。
5.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、中部伸缩塔身、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；下部塔身一侧与塔基座铰接，相对的另一侧，采用旋转伸缩柱下端铰接塔基座，上端铰接下部塔身。
6.优选的，所述第三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。
7.进一步的，所述升降伸缩柱、旋转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。
8.一种采用上述可纠偏输电塔组进行采纠协调的方法，用于深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：
9.a.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；
10.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，对于深埋满足h/tanδ w1/2＞j的情况，需要在悬臂支撑区上设置输电塔；
11.b.在煤柱支撑区的走向中部布置第一输电塔；
12.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；
13.c.在悬臂支撑区上依据间距j布置第二输电塔；在充分采动区上依据间距j布置第三输电塔；
14.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；
15.工作面采过右侧的第二输电塔后，右侧的第二输电铁塔开始向左倾斜，此时逐渐向右(顺时针)旋转塔身整体，使右侧的第二输电铁塔的塔身整体始终保持正直；
16.随着回采工作面的回采，第三输电塔先向右倾斜，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，第三输电塔开始向左回正，此时逐渐回旋塔身上部，整个过程使第三输电铁塔的塔身上部始终保持正直；
17.随着回采工作面的继续回采，左侧的第二输电塔开始向右倾斜，此时逐渐向左(逆时针)旋转塔身整体，使左侧的第二输电铁塔的塔身整体始终保持正直；
18.e.之后前后交替回采两侧的回采工作面；
19.f.采区回采完毕且地表沉陷稳定后，对于第一输电塔，第二输电塔，整体降低塔身上部以与第三输电塔高度相协调；对第一输电塔、第二输电塔、第三输电塔的塔身中部进行加固；对第二输电塔塔身与塔基座之间进行加固连接。
20.优选的，步骤c中，其中左侧悬臂支撑区的旋转伸缩柱位于右侧，右侧悬臂支撑区的旋转伸缩柱位于左侧；第三输电塔的旋转伸缩柱位于右侧。
21.优选的，步骤d中，工作面采过右侧的第二输电塔后，右侧的第二输电铁塔开始向左倾斜，此时逐渐顶升左侧的旋转伸缩柱，使右侧的第二输电铁塔的塔身整体始终保持正直；
22.随着回采工作面的回采，第三输电塔先向右倾斜，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，第三输电塔开始向左回正，此时逐渐收缩旋转伸缩柱，整个过程使第三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，左侧的第二输电塔开始向右倾斜，此时逐渐顶升右侧的旋转伸缩柱，使左侧的第二输电铁塔的塔身整体始终保持正直。
24.优选的，步骤d中，在回采工作面回采过程中，也可对第一输电塔、第二输电塔，整体收缩中部伸缩塔身，以与第三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，对于第一输电塔，第二输电塔，整体收缩中部伸缩塔身，以与第
三输电塔高度相协调；对第一输电塔和第二输电塔的中部伸缩塔身、第三输电塔的中部旋转塔身进行加固；对第二输电塔的下部塔身与塔基座之间进行加固连接。
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，第二输电塔同时在下部塔身与塔基座之间增加钢结构固定。
28.有益效果：本发明针对深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；将调节层位主要设置于塔身中上部，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，左为设置于左侧悬臂支撑区，右为设置于右侧悬臂支撑区；
32.图4是本发明具有可纠偏功能的第三输电塔；
33.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、悬臂支撑区21、第二输电塔22、充分采动区31、第三输电塔32、岩层垮落角4、垮落分界线5、分界线与地表的交汇处6
34.第一输电塔：上部塔身121、中部伸缩塔身122、塔壁123、下部塔身124、塔基座125；
35.第二输电塔：上部塔身221、中部伸缩塔身222、塔壁223、下部塔身224、塔基座225，旋转伸缩柱226；
36.第三输电塔：上部塔身321、中部旋转塔座322、旋转伸缩柱323、下部塔身324、塔基座325、塔壁326。
具体实施方式
37.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。
38.如图1-4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、布置于悬臂支撑区21上的第二输电塔22和布置于充分采动区31上的第三输电塔32；
39.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、下部塔身124和塔基座125；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，所述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123，用于支撑输电线；
40.所述第二输电塔22将塔身的中部设置为可以使塔身上部升降的结构、将塔基座设置为可以使塔身整体旋转的结构；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、中部伸缩塔身222、下部塔身224和塔基座225；中部伸缩塔身222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；下部塔身224一侧
与塔基座225铰接，相对的另一侧，采用旋转伸缩柱226下端铰接塔基座，上端铰接下部塔身224；所述升降伸缩柱、旋转伸缩柱226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123，用于支撑输电线；
41.所述第三输电塔32将塔身的中部设置为可以使塔身上部旋转的结构；具体的，所述第三输电塔32整体呈四棱台结构，包括自上而下依次连接的上部塔身321、中部旋转塔身、下部塔身324和塔基座325；中部旋转塔身包括呈斜半四棱台形式的中部旋转塔座322，其上面固定于上部塔身321底面，其下棱与下部塔身324顶部左侧铰接，采用旋转伸缩柱323下端铰接下部塔身324顶部右侧，上端铰接中部旋转塔座322的右棱，所述旋转伸缩柱323可以是电控伸缩也可以是液压伸缩结构；沿上部塔身321前后方向设置有塔壁326，用于支撑输电线。
42.一种采用上述可纠偏输电塔组进行采纠协调的方法，用于深埋煤层(一般指埋深大于500m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：
43.a.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；
44.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，对于深埋煤层，其深度应满足h/tanδ w1/2＞j，即需要在悬臂支撑区21上设置输电塔；
45.如某矿的采区上山煤柱的宽度为w1＝60m，煤层埋深为h＝600m，岩层垮落角为60
°
，输电塔之间间距为300m，其深度满足600/tan 60
°
60/2＝376.42m＞300m；
46.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21，以及中部的充分采动区31；采区内回采工作面2回采后，充分采动区31内地表下沉量基本一致，几乎不存倾斜，而悬臂支撑区21地表会向充分采动区31方向倾斜；悬臂支撑区21的长度为lx＝h/tanδ，充分采动区31的长度为lw＝l-2
×
lx。
47.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的结构；
48.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；
49.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；
50.c.在悬臂支撑区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升降的结构、将塔基座设置为可以使塔身整体旋转的结构；其中左侧悬臂支撑区的旋转伸缩柱226位于右侧，右侧悬臂支撑区的旋转伸缩柱226位于左侧；
51.在充分采动区31上依据间距j布置第三输电塔32，所述第三输电塔32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323位于右侧；
52.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；
53.工作面采过右侧的第二输电塔后，右侧的第二输电铁塔开始向左倾斜，此时逐渐顶升左侧的旋转伸缩柱226，使右侧的第二输电铁塔的塔身始终保持正直；最终由于右侧的悬臂支撑区整体向左倾斜，左侧的旋转伸缩柱226最终处于顶升状态；
54.随着回采工作面2的回采，第三输电塔32先向右倾斜，此时逐渐顶升旋转伸缩柱323，之后随着回采工作面2的继续回采，第三输电塔32开始向左倾斜(回正)，此时逐渐收缩旋转伸缩柱323，最终随着充分采动区平底结构的形成，塔基座325恢复至水平，整个过程使第三输电铁塔的上部塔身321始终保持正直；
55.随着回采工作面2的继续回采，左侧的第二输电塔开始向右倾斜，此时逐渐顶升右侧的旋转伸缩柱226，使左侧的第二输电铁塔的塔身始终保持正直；最终由于左侧的悬臂支撑区整体向右倾斜，右侧的旋转伸缩柱226最终处于顶升状态；
56.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，但是由于是深埋煤层，使得倾斜量很小，无需进行调整即可，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)；对于右侧的第二输电塔，在回采工作面回采初期，回采至第二输电塔之前，其首先会向右倾斜，但是由于此时的回采工作面推进长度小，且埋深大，因此地表沉陷/倾斜很小，远未达到充分采动状态，故右侧的第二输电塔向右倾斜的角度很小，可以不用调整。
57.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；
58.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；
59.f.采区回采完毕且地表沉陷稳定后，对于第一输电塔，第二输电塔，整体收缩中部伸缩塔身，以与第三输电塔高度相协调；
60.对第一输电塔和第二输电塔的中部伸缩塔身、第三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；
61.对第二输电塔的下部塔身与塔基座进行加固连接，可以采用常规的输电塔桁架替换旋转伸缩柱，同时在下部塔身与塔基座之间增加钢结构固定。
62.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3w＞h，保证中间的3个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。
63.优选的，步骤d中，在回采工作面回采过程中，也可对第一输电塔，第二输电塔，整体收缩中部伸缩塔身，以与第三输电塔高度实时相协调。