CN113392498A - 输电线塔下的地表动态移动变形计算方法及维护方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种输电线塔下的地表动态移动变形计算方法及维护方法，该方法包括：基于概率积分法对历史工作面对应的地表移动变形实测数据进行分析，拟合求取地表移动变形计算参数；基于幂函数‑Knothe时间函数对历史工作面对应的地表移动变形实测数据，拟合求取地表动态下沉时间函数；根据地表动态下沉时间函数和下沉系数，获取历史工作面的回采时间中每个第一时间段内的地表下沉率增量；根据每个第一时间段内的地表下沉率增量和地表移动变形参数计算目标矿井的当前工作面的回采时间中每个第二时间段内的地表动态移动变形量。本发明提高了地表动态移动值计算的准确性，结合地面实时调斜的综合治理措施，为输电线塔的维护提供有效依据。

Description

输电线塔下的地表动态移动变形计算方法及维护方法

技术领域

本发明涉及移动变形计算及加固维修技术领域，尤其涉及一种输电线塔下的地表动态移动变形计算方法及维护方法。

背景技术

井下煤层采出后，顶板岩层由三向受力状态变为二维受力状态，在矿山压力作用下经弯曲下沉、裂隙发育、破断和垮落堆积进入采空区。更上部岩层在下部垮落岩块形成的稳定结构支撑条件下，移动变形逐层向上覆岩层传播。当岩层移动传播至地表后，表现为一定程度、烈度的地表移动变形，如下沉、倾斜、水平移动和水平变形等。地表不同程度、烈度的移动变形作用于地表建筑物或构筑物，将对其产生一定程度的沉陷影响。当沉陷影响累积到一定值后，将对地表建筑物或构筑物产生损害。

高压输电线路是工矿区最基本的配套工程和基础设施，是一种特殊结构的构筑物，由导线、避雷线、绝缘子、高压线塔、基础、拉线、横担、金具和接地装置等组成。由于高压输电线路分布的特殊性，尤其是线路铁塔对开采引起的地表移动变形敏感，高压输电线路的安全性显得愈发重要。

目前对于高压线塔下安全采煤论证中，最常用的方法是：首先应用地表沉陷预计软件对煤矿开采后地表移动变形进行沉陷预计，可称为静态预计或终态预计；其次基于高压线塔塔身高度、架线高度、相邻线杆间的档距和输电导线的对地距离、根开、线塔的机构类型等计算高压线塔的允许变形值：抗倾斜变形能力、输电线路允许最小对地距离、输电线路允许的最小档距和最大根开等；继而根据地表沉陷预计值，如最终下沉、倾斜、水平移动、水平变形等，判断是否能对线塔产生损坏影响。

如果地表移动变形量值对地面高压线塔的沉陷影响在线塔的抗采动影响即允许变形值范围内，可不采取或采取简单的技术措施，实现高压线塔下部的安全开采。

如果地表移动变形量值较大，对地面线塔有损坏影响，一种方法是通过降低采厚或限厚开采的方法，减小对线塔的影响程度，并控制地表沉陷影响在线塔允许变形允许范围内。另外一种方法是根据井下工作面的地质采矿条件，结合地表沉陷静态预计，并根据地表动态变形量值与地表静态变形量值之间的经验关系，一般地表移动的动态水平移动、倾斜取静态值的40％～70％，对地面线塔实时维修、加固、基础抬升、调斜。

对于限厚开采结合地表沉陷静态预计方法，损失较大的煤炭量。且其限厚开采条件下的地表沉陷预计是静态预计法，是井下煤炭开采后地表自移动变形开始至移动变形结束的整个移动周期内的移动变形累积值，该数值较大。若将该数值限定在线塔的抗采动影响范围内，线塔对应工作面的采厚较小，严重影响地质采矿量及煤矿企业的经济效益，不能作为限厚开采的依据。

而且根据地表动态变形量值与地表静态变形量值之间的经验关系确定的地表动态移动值不科学、准确。受井下煤层开采的影响，不恰当的井下煤层开采及地面处理措施，或者不科学、不精确的线塔加固调斜量值指导基础抬升、线塔调斜等作业，将使基础不均匀沉降、塔身倾覆失稳，进而导致高压输电线路各设施发生变形，影响线塔的正常运行甚至产生灾害影响。因此，不科学、准确的地表动态移动值不能作为高压线塔的抬升量值、调斜量值的依据。

发明内容

本发明提供一种输电线塔下的地表动态移动变形计算方法及维护方法，用以解决现有技术中地表静态移动变形值不能作为限厚开采的依据，而根据经验由静态移动变形值得出的地表动态移动值不准确，实现地表动态移动值的准确计算。

本发明提供一种输电线塔下的地表动态移动变形计算方法，包括：

基于概率积分法对矿井样本的历史工作面对应的地表移动变形实测数据进行拟合，获取所述矿井样本的地表移动变形计算参数；

基于幂函数-Knothe时间函数对所述历史工作面对应的地表移动变形实测数据，拟合求取所述矿井样本的地表动态下沉时间函数；

将所述历史工作面的回采时间划分成多个第一时间段，根据所述地表动态下沉时间函数和所述地表移动变形计算参数中的下沉系数，获取每个第一时间段内的地表下沉率增量；

将目标矿井的当前工作面的回采时间划分成多个第二时间段，根据每个第二时间段对应的第一时间段内的地表下沉率增量和所述地表移动变形计算参数中除下沉系数以外的其他参数计算每个第二时间段内的地表动态移动变形量；

其中，所述第二时间段和所述第一时间段一一对应，且每个第二时间段与对应的第一时间段的时长相同。

根据本发明提供的一种输电线塔下的地表动态移动变形计算方法，所述根据所述地表动态下沉时间函数和所述地表移动变形计算参数中的下沉系数，获取每个第一时间段内的地表下沉率增量，包括：

将每个第一时间段的起始时间和结束时间对应的地表受采动影响时间分别输入所述地表动态下沉时间函数，输出所述起始时间对应的地表下沉量和所述结束时间对应的地表下沉量；

根据所述起始时间对应的地表下沉量和所述起始时间，获取所述起始时间对应的地表下沉率影响系数；

计算所述结束时间对应的地表下沉率影响系数与所述起始时间对应的地表下沉率影响系数之间的差值，将所述差值乘以所述下沉系数，获取每个第一时间段内的地表下沉率；

将每个第一时间段内的地表下沉率减去紧邻每个第一时间段的上一个第一时间段的地表下沉率，得到每个第一时间段内的地表下沉率增量。

根据本发明提供的一种输电线塔下的地表动态移动变形计算方法，所述根据每个第二时间段对应的第一时间段内的地表下沉率增量和所述地表移动变形计算参数中除下沉系数以外的其他参数，计算每个第二时间段内的地表移动变形量，包括：

使用每个第二时间段对应的第一时间段内的地表下沉率增量替换所述地表移动变形计算参数中下沉系数；

使用替换后的地表移动变形计算参数计算每个第二时间段内的地表移动变形量。

根据本发明提供的一种输电线塔下的地表动态移动变形计算方法，所述地表移动变形计算参数包括下沉系数、水平移动系数、主要影响角正切值、拐点偏移距和开采影响传播角。

根据本发明提供的一种输电线塔下的地表动态移动变形计算方法，所述将所述历史工作面的回采时间划分成多个第一时间段，包括：

根据所述历史工作面的推进速度和推进距离，获取所述历史工作面不同位置处的回采时间点；

根据所述历史工作面的地表移动变形实测数据的观测时间，将所述历史工作面的回采时间点划分成多个第一时间段。

本发明还提供一种基于上述输电线塔下的地表动态移动变形维护方法，包括：

在存在所述第二时间段内的地表移动变形量大于输电线塔的允许变形值的情况下，根据所述历史工作面的采厚和所述地表移动变形量之间的关联关系，对所述第二时间段内当前工作面的采厚进行调整，使得所述地表移动变形量小于或等于所述输电线塔的允许变形值，以根据调整后的采厚对所述当前工作面进行开采，开采时对所述当前工作面进行连续开采，匀速推进。

根据本发明提供的一种基于上述输电线塔下的地表动态移动变形计算方法的维护方法，还包括：

将所述目标矿井上输电线塔两个或四个塔腿的独立基础改造成整体基础；

所述整体基础包括板基础和除所述板基础以外的其它整体基础；

在所述第二时间段内的地表移动变形量不大于所述输电线塔的允许变形值，且在所述第二时间段内的开采期间监测到所述地表移动变形量大于所述输电线塔的允许变形值的情况下，对所述输电线塔进行加固、调斜和维修。

根据本发明提供的一种基于上述输电线塔下的地表动态移动变形计算方法的维护方法，还包括：

在所述输电线塔的预计倾斜正方向和反方向上增设拉线，所述拉线上增加有用于调节所述拉线的金具，在观测到所述输电线塔向一侧倾斜时，通过所述金具调节所述拉线，以抵消所述输电线塔的倾斜量值。

根据本发明提供的一种基于上述输电线塔下的地表动态移动变形计算方法的维护方法，还包括：

对所述输电线塔的巡检和观测数据进行分析，根据分析结果对所述输电线塔进行基础带电复位、抬高基础、平移、增加杆高、电线弛度和悬垂串偏斜度调节中的一种或多种。

根据本发明提供的一种基于上述输电线塔下的地表动态移动变形计算方法的维护方法，还包括：

在所述当前工作面的采动过程中，使用综合处理措施对所述输电线塔进行处理；其中，所述综合处理措施包括实时监测所述输电线塔的周边裂缝的产生并及时处理，同时对所述输电线塔进行加固和维修；

根据所述当前工作面的地质采矿条件、上覆岩层及松散层的物理力学参数对所述当前工作面的地表周期性裂缝的间距进行计算；

在所述间距大于预设阈值的情况下，在平行于所述当前工作面的布置方向进行地表移动变形补偿沟的开挖，以在所述变形补偿沟前方将地表移动变形进行释放。

本发明提供的输电线塔下的地表动态移动变形计算方法及维护方法，通过使用概率积分法和幂函数-Knothe时间函数对历史工作面对应的地表移动变形实测数据进行拟合，根据拟合得到的地表移动变形计算参数中的下沉系数和地表动态下沉时间函数，得到历史工作面回采的每个第一时间段内的地表下沉率增量，根据地表下沉率增量和地表移动变形计算参数中除下沉系数以外的其他参数，计算每个第一时间段对应的当前工作面回采的第二时间段内的地表移动变形增量，从而实现参考历史工作面的地表移动变形实测数据计算当前工作面的地表动态移动值，提高了地表动态移动值计算的准确性，为输电线塔的维护提供有效依据。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的输电线塔下的地表动态移动变形计算方法的流程示意图；

图2是本发明提供的输电线塔下的地表动态移动变形计算方法中概率积分法曲线拟合求参得到的地表动态下沉曲线示意图；

图3是本发明提供的输电线塔下的地表动态移动变形计算方法中幂函数-Knothe时间函数拟合曲线示意图；

图4是本发明提供的输电线塔下的地表动态移动变形计算方法中E测点的动态移动变形发展过程示意图；

图5是本发明提供的基于输电线塔下的地表动态移动变形计算方法的维护方法中可调整联体井字钢梁基墩架构改造加固技术的结构示意图；

图6是本发明提供的基于输电线塔下的地表动态移动变形计算装置的结构示意图；

图7是本发明提供的电子设备的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合图1描述本发明的输电线塔下的地表动态移动变形计算方法，该方法包括：步骤101，基于概率积分法对矿井样本的历史工作面对应的地表移动变形实测数据进行分析，拟合求取所述矿井样本的地表移动变形计算参数；

可选地，矿井样本为高压线塔压煤已开采矿井或周边已采工作面，矿井样本和目标矿井的地质采矿条件相同。

可选地，基于Matlab平台编写的曲线拟合程序，对矿井样本的历史工作面开采过程中观测站实测的地表移动变形数据进行曲线求参拟合，获取地表移动变形计算参数。本实施例不限于地表移动变形计算参数的种类。

其中，地表移动变形实测数据为在各个工作面主剖面(走向或倾向)观测线上的地表下沉量。

在拟合求参过程中，将倾向方向观测线的下沉曲线的坐标原点定在上山侧的采空区边界处。将沿煤层下山方向为正，沿煤层上山方向为负。

在进行拟合求参之前，将地表移动变形实测数据中的异常数据进行剔除。

例如，基于两个历史工作面(23219工作面和21109工作面)的地表移动变形实测数据，应用概率积分法拟合得到的参数拟合结果如图2所示。

步骤102，基于幂函数-Knothe时间函数对所述历史工作面对应的地表移动变形实测数据，拟合求取所述矿井样本的地表动态下沉时间函数曲线；

考虑到Knothe函数的曲线特征，包括非S型曲线、下沉速度和下沉加速度等，选择动态时间函数幂函数-Knothe时间函数对地表移动变形实测数据进行拟合。

其中，幂函数-Knothe时间函数在Knothe函数的基础之上，增加了幂级系数k，可以适当改变下沉曲线的形状。同时在一定程度上克服了Knothe时间函数某些方面的缺点。

可选地，根据历史工作面上下沉值最大的E测点的地表移动变形实测数据，应用幂函数-Knothe时间函数对E测点进行地表动态沉陷函数拟合求取，如图3所示。

幂函数-Knothe时间函数的原函数为w(t)＝w_m(1-e^ct)^k。拟合求取的幂函数-Knothe时间函数为w(t)＝w_m(1-e^-0.1242t)^15.6245。

可选地，地表沉陷曲线的横坐标为地表受到历史工作面采动影响的时间，单位为天。纵坐标为地表下沉量。图3中的0时间点为地表受到历史工作面采动影响的初始时刻。

步骤103，将所述历史工作面的回采时间划分成多个第一时间段，根据所述地表沉陷曲线和所述地表移动变形计算参数中的下沉系数，获取每个第一时间段内的地表下沉率增量；

对历史工作面的回采时间进行划分，本实施例不限于具体的划分依据。

根据各第一时间段和历史工作面的推进速度，即可得到各第一时间段内对历史工作面的开采块段，因此每个第一时间段对应一个开采块段。在每个第一时间段内的推进速度越快，推进距离越大，每个第一时间段对应的开采块段越大。

根据每个第一时间段对应的地表受采动影响时间和地表沉陷曲线，得到每个第一时间段对应的地表下沉值。

根据地表移动变形计算参数中的下沉系数q和每个第一时间段对应的地表下沉值，得到每个第一时间段内的地表下沉率增量，即每个第一时间段内开采块段的采动引起的地表下沉率增量。

步骤104，将目标矿井的当前工作面的回采时间划分成多个第二时间段，根据每个第二时间段对应的第一时间段内的地表下沉率增量和所述地表移动变形计算参数中除下沉系数以外的其他参数计算每个第二时间段内的地表动态移动变形量；其中，所述第二时间段和所述第一时间段一一对应，且每个第二时间段与对应的第一时间段的时长相同。

输电线塔下安全开采的技术措施主要有井下开采措施和地面治理措施两类。若地面线塔可实时地进行加固、维修和调整，则井下开采配合地面加固治理措施可实现输电线塔下工作面安全回采。过程中需参考工作面推进不同位置处线塔所在的地面动态移动变形值，可简称为动态沉陷。

目标矿井为当前需要开采的矿井。根据历史工作面的回采时间的划分，对当前工作面的回采时间进行划分。

例如，历史工作面的回采时间依次划分为3个时间段，第一个时间段的时长为5天，第二个时间段的时长为10天，第三个时间段的时长为12天。则当前工作面的回采时间也划分为3个时间段，时长分别为5、10和12天。

将每个第一时间段内的地表下沉率增量和地表移动变形计算参数中除下沉系数以外的其他参数输入地表移动变形计算公式中，计算出每个第二时间段内的地表移动变形量。

本实施例通过使用概率积分法和幂函数-Knothe时间函数对历史工作面对应的地表移动变形实测数据进行拟合，根据拟合得到的地表移动变形计算参数中的下沉系数和地表动态下沉时间函数曲线，得到历史工作面回采的每个第一时间段内的地表下沉率增量，根据地表下沉率增量和地表移动变形计算参数中除下沉系数以外的其他参数，计算每个第一时间段对应的当前工作面回采的第二时间段内的地表移动变形量，从而实现参考历史工作面的地表移动变形实测数据计算当前工作面的地表动态移动值，提高了地表动态移动值计算的准确性，为输电线塔的维护提供有效依据。

在上述实施例的基础上，本实施例中所述根据所述地表动态下沉时间函数曲线和所述地表移动变形计算参数中的下沉系数，获取每个第一时间段内的地表下沉率增量，包括：

将每个第一时间段的起始时间和结束时间对应的地表受采动影响时间分别输入所述地表动态下沉时间函数曲线，输出所述起始时间对应的地表下沉量和所述结束时间对应的地表下沉量；

可选地，根据历史工作面对应的地表移动变形实测数据，对历史工作面对应的地表动态变形及发展过程进行分析，获取对历史工作面进行采动的过程中地表受采动影响时间。

可根据历史工作面采动过程中地表某一测点的地表移动变形实测数据进行分析。例如在为期约5个月的观测时间段内，地表上E测点的最大下沉值为7719mm，最大下沉速度为637.7mm/d，以及其它动态变形数据，结合工作面开采参数，E测点的动态移动变形发展过程如图4所示。其中，V为E测点的下沉速度，W为E测点的下沉值，l为E测点与历史工作面的相对位置关系。

根据E测点与历史工作面的相对位置关系，以及E测点的地表移动变形实测数据，可以确定E测点受到历史工作面采动影响的初始时刻。

根据所述起始时间对应的地表下沉量和所述起始时间，获取所述起始时间对应的地表下沉率影响系数；

根据所述结束时间对应的地表下沉量和所述结束时间，获取所述结束时间对应的地表下沉率影响系数；

计算所述结束时间对应的地表下沉率影响系数与所述起始时间对应的地表下沉率影响系数之间的差值，将所述差值乘以所述下沉系数，获取每个第一时间段内的地表下沉率；

将每个第一时间段内的地表下沉率减去紧邻每个第一时间段的上一个第一时间段的地表下沉率，得到每个第一时间段内的地表下沉率增量。

如表1所示，将历史工作面23219面的回采时间划分成12个时间段，E点受采动影响的初始时间为8月5日。对于第一时间段8月5日至8月9日，起始时间8月5日对应的地表受采动影响时间为第1天，结束时间8月9日对应的地表受采动影响时间为第5天，将1和5分别输入地表沉陷曲线，输出相应的地表下沉量。

将地表受采动影响时间和对应的地表下沉量输入幂函数-Knothe时间函数，得到地表下沉率影响系数f，即0和0.0312。将两个地表下沉率影响系数之间的差值0.0312乘以下沉系数q，得到8月5日至8月9日的下沉率η。将8月5日至8月9日的下沉率减去上一个时间段的下沉率0，得到当前时间段内的下沉率增量Δη＝0.029。

表1 不同第一时间段的地表下沉率增量统计表

需要说明的是，表1中E点受采动影响时间为E点自开始受采动影响的时间，如E下沉10mm时开始受采动影响，受采动影响时间从t＝0开始。

对于23219面与E点相对位置，工作面开采初期，研究对象超前于工作面前方，为负值；随着工作面继续推进，当工作面位于研究对象正下方时，相对位置为0。工作面推过研究对象正下方后，相对位置为正值，且越来越大。

经计算表1中的地表下沉系数q＝0.930。从表1可以看出地表移动变形剧烈，从开始移动地表最大下沉值的95％仅需约45天。23219面7至12月推进长度约为708m，工作面平均推进速度为3.94m/d。23221工作面规划推进速度为8m/d。

在上述实施例的基础上，本实施例中所述根据每个第二时间段对应的第一时间段内的地表下沉率增量和所述地表移动变形计算参数中除下沉系数以外的其他参数，计算每个第二时间段内的地表移动变形量，包括：使用每个第二时间段对应的第一时间段内的地表下沉率增量替换所述地表移动变形计算参数中下沉系数；使用替换后的地表移动变形计算参数计算每个第二时间段内的地表移动变形量。

具体地，为了计算每个第二时间段内的地表移动变形量，将地表移动变形计算公式中的下沉系数参数替换为每个第二时间段内的地表下沉率增量参数，从而使用参数替换后的地表移动变形计算公式，计算出每个第二时间段内的地表移动变形量，实现地表移动变形量的动态增量计算。

在上述各实施例的基础上，本实施例中所述地表移动变形计算参数包括下沉系数、水平移动系数、主要影响角正切值、拐点偏移距和开采影响传播角。

具体地，上述地表移动变形计算参数为地表移动变形计算公式中所需要使用的参数。地表静态变形预计方法直接将上述地表移动变形计算参数作为地表移动变形计算公式的输入，计算出地表移动变形量，得到的是工作面开采后地表自移动变形开始至移动变形结束的整个移动周期内的移动变形累积值。

而本实施例通过将下沉系数替换为每个第二时间段内的地表下沉率增量，从而得到每个第二时间段内的地表移动变形量，实现动态地表移动变形量的获取。

在当前工作面开采的每个第二时间段内根据相应的地表移动变形量对输电线塔进行维护，提高了维护的及时性。

在上述各实施例的基础上，本实施例中所述将所述历史工作面的回采时间划分成多个第一时间段，包括：根据所述历史工作面的推进速度和推进距离，获取所述历史工作面在不同位置处的回采时间点；根据所述历史工作面的地表移动变形实测数据的观测时间，使用与所述观测时间相同的回采时间点将所述历史工作面的回采时间划分成多个第一时间段。

可选地，在历史工作面的推进速度为匀速的情况下，使用历史工作面的推进距离除以历史工作面的推进速度，得到历史工作面的回采时间。

将在历史工作面在开采的过程中，对地表地表移动变形实测数据的观测时间作为分割点，将历史工作面的回采时间分割成多个第一时间段。对每个第一时间段内的地表下沉率进行计算，然后根据每个第一时间段内的地表下沉率计算每个第一时间段内的地表下沉率增量。

本实施例提供一种基于上述输电线塔下的地表动态移动变形计算方法的维护方法，包括：在存在所述第二时间段内的地表移动变形量大于输电线塔的允许变形值的情况下，根据所述历史工作面的采厚和所述地表移动变形量之间的关联关系，对所述第二时间段内当前工作面的采厚进行调整，使得所述地表移动变形量小于或等于所述输电线塔的允许变形值，以根据调整后的采厚对所述当前工作面进行开采，开采时对所述当前工作面进行连续开采，匀速推进。

其中，工作面的采厚和地表移动变形量之间的关联关系通过曲线拟合方法预先确定。第一预设阈值根据相关规程和规范确定。

在任一第二时间段内的地表移动变形量较大的情况下，对该第二时间段内当前工作面的采厚进行调整，一般取使得地表移动变形量等于第一预设阈值的采厚，从而在不影响输电线塔的情况下，使得采厚最大，最大化当前工作面的地质采矿量，最大化煤矿企业经济效益。

根据确定的每个第二时间段的采厚更新每个第二时间段内的地表移动变形量。

结合表1可知，根据23221工作面的布置、开采规划(保护煤柱范围为705至981m)、采煤工艺等因素，共确定八个地表动态沉陷计算时段，分述如下：

时段一：23221工作面正常开采推进到705m、705至780m范围内采厚约5.0m(Δη＝0.029，表示该阶段对输电线塔的下沉率增量为0.029)的地表动态移动变形计算；

时段二：23221工作面正常开采推进到705m、705至834m范围内采厚约5.0m(Δη＝0.059，表示自780m至现在推进位置范围内对输电线塔的下沉率增量为0.059)的地表动态移动变形计算；

时段三：23221工作面正常开采推进到705m、705至855m范围内采厚约5.0m(Δη＝0.190，表示自834m至现在推进位置范围内对输电线塔的下沉率增量为0.190)的地表动态移动变形计算；

时段四：23221工作面正常开采推进到705m、705至867m范围内采厚约5.0m(Δη＝0.255，表示自855m至现在推进位置范围内对输电线塔的下沉率增量为0.255)的地表动态移动变形计算；

时段五：23221工作面正常开采推进到705m、705～927m范围内采厚约5.0m(Δη＝0.218，表示自867m至现在推进位置范围内对输电线塔的下沉率增量为0.218)的地表动态移动变形计算；

时段六：23221工作面正常开采推进到705m、705至963m范围内采厚约5.0m(Δη＝0.108，表示自927m至现在推进位置范围内对输电线塔的下沉率增量为0.108)的地表动态移动变形计算；

时段七：23221工作面正常开采推进到705m、705至981m范围内采厚约5.0m(Δη＝0.061，表示自963m至现在推进位置范围内对输电线塔的下沉率增量为0.061)的地表动态移动变形计算；

时段八：23221工作面正常开采推进到705m、705至981m范围内采厚约5.0m、981至停采线正常开采(Δη＝0.012，表示自981m至现在推进位置范围内对输电线塔的下沉率增量为0.012)的地表动态移动变形计算。

工程实践表明，采用地表动态变形准确计算法指导开采过程中的及时维护综合措施，提高输电线塔下压煤工作面的开采厚度是完全可行的。目前，输电线塔下安全采煤的技术措施主要包括井下开采措施和地面治理措施两类。

井下开采措施是指通过采取井下开采技术措施控制和减轻地表沉陷和变形量，降低地表沉陷速度，防止地表出现突发性塌陷和非连续变形，以保证地面高压输电线路的采动变形控制在可进行调整维修的范围内。井下开采措施包括厚煤层分层开采、匀速限厚开采、协调开采、条带开采、充填开采等。地面治理措施主要包括开采影响前加固、开采过程中及时检测与监测、加固维修调整以及开采完毕后线路整修来保障输电线塔的安全运行。

本实施例对当前工作面采用井下匀速限厚开采控制措施。井下匀速限厚开采可避免地表出现永久性、波浪形的下沉或移动变形，并能在一定程度上避免地表的突然变形。

限厚开采可以减少地表一次下沉对建筑物的影响，其方法是控制开采厚度，使其在开采后所造成的地表变形不超过允许的地表变形值。其实质就是限制地下厚煤层的厚度，从而达到保护地表及其建筑物或其它需要保护目标的目的。

工作面推进到输电线塔下煤柱部分时，应连续开采，不允许过久地停顿或推进速度过慢。因为每过久的停顿一次，工作面开采就相当于形成一个开采边界，使本来只承受动态变形值的地方发展为承受静态变形值。

如果工作面推进速度过快将导致地表剧烈变形，从而使输电线塔急剧变形，可能在短期内超过变形极限，无法通过及时维修来释放高压线塔、横担等构件中的附加应力，严重威胁线路安全运行。

因此，当工作面回采推进到输电线塔下煤柱部分时，工作面推进速度不能过快、也不能过慢，应抓好正规循环作业，检修好采煤设备，做到不停产、连续开采、保持匀速推进，使地表平稳下降。

本实施例提高了采出煤层厚度，保证了煤炭资源回收率的提升，增加了生产矿井的经济效益。

在上述实施例的基础上，本实施例中还包括：将所述目标矿井上输电线塔两个或四个塔腿的独立基础设计改造成为整体基础；所述整体基础包括板基础和除所述板基础以外的其它整体基础。

改造独立基础为联合基础可提高基础的抗水平变形和不均匀沉降的能力。在工作面对应的线塔基础存在多个独立体的情况下，造成开采沉陷引起的地表移动变形不一致，使该线塔基础的间距、倾斜度等有所差异，应考虑使其基础为整体或塔基之间相互联接，以增加其稳定性。具体方法可采用可调式联体井字梁基础改造加固技术和可调整联体井字钢梁基墩架构改造加固技术等。其中，可调整联体井字钢梁基墩架构改造加固技术的结构示意图如图5所示。

在所述第二时间段内的地表移动变形量不大于所述输电线塔的允许变形值，且在所述第二时间段内的开采期间监测到所述地表移动变形量大于所述输电线塔的允许变形值的情况下，对所述输电线塔进行加固、调斜和维修。

目前对于下部有工作面开采的输电线塔加固、调斜等治理措施，尚未形成科学、系统的高压线塔地面治理与保护措施。一般通过施工经验，对地面线塔实时维修、加固、基础抬升和调斜，该类经验法有时不能对地面线塔进行有效保护。对于浅埋深工作面，地表移动变形较为剧烈，同时地表裂缝对线塔基础及地基的影响较大，容易在塔身底部产生集中变形影响，进而影响线塔的正常运行。

地面线塔实时维修、加固、基础抬升和调斜方法，虽然可以在一定程度上提高采出煤层厚度，但是在线塔实时维修、加固和调斜过程中的量值不能精确确定。其原因在于不能科学合理地确定一定时间段内线塔及地表的下沉、倾斜、水平移动和水平变形值。目前实时加固调斜过程中，往往根据经验值进行线塔调斜或基础的提升。经验值确定的地表移动变形值准确性较差，有时候不及时的线塔基础调整，将给线塔带来损毁性影响。

本实施例根据地表动态移动变形分析结果，限厚开采方案的地表沉陷影响未超出线塔的安全运行允许变形限值。在开采过程中对输电线塔及地表进行变形监测，可及时发现工程中出现的问题，并及时采取有效的加固、维修与调整措施加以解决。若监测到地表及线塔变形存在超出线塔变形允许变形值的情况下，则需要结合联合基础，及时对线塔进行加固、调斜和维修。开采过程中的监测可以通过设备或人工进行监测，本实施例不限于具体的监测方法。

本实施例使用计算出的每个第二时间段内的地表移动变形量，精确指导线塔的调斜、基础提升与基础平移，并结合地面线塔的加固维修措施，形成地表动态变形计算、地面塔基实时加固调整和地表裂缝控制相结合的综合处理方法，用于解决高压线塔下厚煤层的安全高效开采问题，提高开采厚度上限值，保证输电线路的安全运行。

在上述实施例的基础上，本实施例中还包括：在所述输电线塔的预计倾斜正方向和反方向上增设拉线，所述拉线上增加有用于调节所述拉线的金具，在观测到所述输电线塔向一侧倾斜时，通过所述金具调节所述拉线，以抵消所述输电线塔的倾斜量值。

具体地，在工作面回采前，在钢筋混凝土线塔的地表沉陷预计倾斜正、反方向增设拉线，且在拉线上增加可调拉线金具。在地表变形过程中，通过可调金具的调节作用来抵消或减小开采引起的变形对高压输电线路的损害。

拉线按照使用用途分可以分为普通拉线、人字拉线、水平拉线、弓形拉线、共用拉线、V形拉线和十字拉线等几种。由于开采引起的地表移动和变形是个动态过程，因此对于沉陷区的线塔可以采用十字拉线。当观测塔一侧有倾斜时，可通过调整其它方向的3条拉线上的金具以抵消高压线塔倾斜。

在上述实施例的基础上，本实施例中还包括：对所述输电线塔的巡检和观测数据进行分析，根据分析结果对所述输电线塔进行基础带电复位、抬高基础、平移、增加杆高、电线弛度和悬垂串偏斜度调节中的一种或多种。

具体地，井下工作面开采过程中主要是通过线路的日常巡检以及观测后数据的分析，以加强对线路运行参数超标情况做出及时调节。主要措施包括基础带电复位、导线驰度调节以及悬垂串偏斜度调节等。

其中，基础带电复位和抬高基础是指输电线塔的基础发生倾斜或基础下沉过多导致近地距等参数超标时，可以采用千斤顶将基础提升，垫平提升后再复位高压线塔。为避免下沉后基础长期处于积水状态，可将基础适当抬高。

输电线塔平移是指输电线塔在水平移动作用下偏离中心线后，可以采用整塔平移的方法将其恢复到原来位置，从而有效减小输电线塔的转角和承受的角度荷载。

增加杆高主要是通过技术手段增加输电线塔或单杆的高度。对于输电线塔可在其下部增加一段金属构架；对于单杆，可在其上部加装一个金属帽，金属帽的长度视塌陷程度而定。

电线弛度和悬垂串偏斜度调节是指在采动过程中可根据观测结果实时调节电线驰度，及时释放电线中的附加应力、减小悬垂串偏斜和消除近地距离不足的安全隐患。

在上述各实施例的基础上，本实施例中还包括：在所述当前工作面的采动过程中，使用综合处理措施对所述输电线塔进行处理；其中，所述综合处理措施包括实时监测所述输电线塔的周边裂缝的产生并及时处理，同时对所述输电线塔进行加固和维修；

对于采深与采厚之间比值较小的矿井，地表将出现较大的地表裂缝，非连续变形较明显。工作面采动过程中，应结合地表及线塔的移动变形，实时监测线塔周边裂缝的产生并及时处理，结合线塔加固维修处理措施，保证线塔的安全使用。

根据所述当前工作面的地质采矿条件、上覆岩层及松散层的物理力学参数对所述当前工作面的地表周期性裂缝的间距进行计算；在所述间距大于预设阈值的情况下，在平行于所述当前工作面的布置方向进行地表移动变形补偿沟的开挖，以在所述变形补偿沟前方将地表移动变形进行释放，避免线塔基础及地基的非连续性破坏。

对于浅埋深矿井，地表裂缝发育较为严重，如果线塔刚好处于地表裂缝处，移动变形量值较为集中，对线塔保护不利。根据工作面地质采矿条件、上覆岩层及松散层的物理力学参数对地表周期性裂缝的间距进行计算，在间距较大的情况下，在平行于工作面布置方向进行地表移动变形补偿沟的开挖，对地表移动变形进行释放，保证线塔的安全运行。

例如，根据计算得知地表裂缝深度约9至15m，地表裂缝间距约1/2周期来压步距，在线塔两侧用钩机开挖了宽1m、深度为2m的变形补偿沟，减弱了地表裂缝对线塔地基的应力集中影响。

下面对本发明提供的输电线塔下的地表动态移动变形计算装置进行描述，下文描述的输电线塔下的地表动态移动变形计算装置与上文描述的输电线塔下的地表动态移动变形计算方法可相互对应参照。

如图6所示，该装置包括第一拟合模块601、第二拟合模块602、第一计算模块603和第二计算模块604，其中：

第一拟合模块601基于概率积分法对矿井样本的历史工作面对应的地表移动变形实测数据进行分析，拟合求取所述矿井样本的地表移动变形计算参数；

其中，地表移动变形实测数据为在各个倾向方向观测线下的地表下沉量。

拟合求参过程中，将倾向方向观测线的下沉曲线的坐标原点定在上山侧的采空区边界处。沿煤层下山方向为正，沿煤层上山方向为负。

在进行拟合求参之前，将地表移动变形实测数据中的异常数据进行剔除。

第二拟合模块602基于幂函数-Knothe时间函数对所述历史工作面对应的地表移动变形实测数据，拟合求取所述矿井样本的地表动态下沉时间函数；

其中，幂函数-Knothe时间函数在Knothe函数的基础之上，增加了幂级系数k，可以适当改变下沉曲线的形状。同时在一定程度上克服了Knothe时间函数某些方面的缺点。

可选地，根据历史工作面上下沉值最大的E测点的地表移动变形实测数据，应用幂函数-Knothe时间函数对E测点进行地表动态沉陷函数拟合求取。

第一计算模块603将所述历史工作面的回采时间划分成多个第一时间段，根据所述地表动态下沉时间函数和所述地表移动变形计算参数中的下沉系数，获取每个第一时间段内的地表下沉率增量；

对历史工作面的回采时间进行划分，本实施例不限于具体的划分依据。

根据每个第一时间段对应的地表受采动影响时间和地表沉陷曲线，得到每个第一时间段对应的地表下沉值。

根据地表移动变形计算参数中的下沉系数q和每个第一时间段对应的地表下沉值，得到每个第一时间段内的地表下沉率增量，即每个第一时间段内开采块段的采动引起的地表下沉率增量。

第二计算模块604将目标矿井的当前工作面的回采时间划分成多个第二时间段，根据每个第二时间段对应的第一时间段内的地表下沉率增量和所述地表移动变形计算参数中除下沉系数以外的其他参数计算每个第二时间段内的地表动态移动变形量；其中，所述第二时间段和所述第一时间段一一对应，且每个第二时间段与对应的第一时间段的时长相同。

目标矿井为当前需要开采的矿井。根据历史工作面的回采时间的划分，对当前工作面的回采时间进行划分。

将每个第一时间段内的地表下沉率增量和地表移动变形计算参数中除下沉系数以外的其他参数输入地表移动变形计算公式或软件中，计算出每个第二时间段内的地表移动变形量。

本实施例通过使用概率积分法和幂函数-Knothe时间函数对历史工作面对应的地表移动变形实测数据进行拟合，根据拟合得到的地表移动变形计算参数中的下沉系数和地表动态下沉时间函数，得到历史工作面回采的每个第一时间段内的地表下沉率增量，根据地表下沉率增量和地表移动变形计算参数中除下沉系数以外的其他参数，计算每个第一时间段对应的当前工作面回采的第二时间段内的地表移动变形量，从而实现参考历史工作面的地表移动变形实测数据计算当前工作面的地表动态移动值，提高了地表动态移动值计算的准确性，为输电线塔的维护提供有效依据。

图7示例了一种电子设备的实体结构示意图，如图7所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)710、通信接口(Communications Interface)720、存储器(memory)730和通信总线740，其中，处理器710，通信接口720，存储器730通过通信总线740完成相互间的通信。处理器710可以调用存储器730中的逻辑指令，以执行输电线塔下的地表动态移动变形计算方法，该方法包括：基于概率积分法对历史工作面对应的地表移动变形实测数据进行分析，拟合求取地表移动变形计算参数；基于幂函数-Knothe时间函数对历史工作面对应的地表移动变形实测数据，拟合求取地表动态下沉时间函数；将历史工作面的回采时间划分成多个第一时间段，根据地表动态下沉时间函数和下沉系数，获取每个第一时间段内的地表下沉率增量；将目标矿井的当前工作面的回采时间划分成多个第二时间段，根据每个第一时间段内的地表下沉率增量和地表移动变形参数计算每个第二时间段内的地表动态移动变形量。

此外，上述的存储器730中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

另一方面，本发明还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，计算机能够执行上述各方法所提供的输电线塔下的地表动态移动变形计算方法，该方法包括：基于概率积分法对历史工作面对应的地表移动变形实测数据进行分析，拟合求取地表移动变形计算参数；基于幂函数-Knothe时间函数对历史工作面对应的地表移动变形实测数据，拟合求取地表动态下沉时间函数；将历史工作面的回采时间划分成多个第一时间段，根据地表动态下沉时间函数和下沉系数，获取每个第一时间段内的地表下沉率增量；将目标矿井的当前工作面的回采时间划分成多个第二时间段，根据每个第一时间段内的地表下沉率增量和地表移动变形参数计算每个第二时间段内的地表动态移动变形量。

又一方面，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各提供的输电线塔下的地表动态移动变形计算方法，该方法包括：基于概率积分法对历史工作面对应的地表移动变形实测数据进行分析，拟合求取地表移动变形计算参数；基于幂函数-Knothe时间函数对历史工作面对应的地表移动变形实测数据进行拟合，获取地表动态下沉时间函数；将历史工作面的回采时间划分成多个第一时间段，根据地表动态下沉时间函数和下沉系数，获取每个第一时间段内的地表下沉率增量；将目标矿井的当前工作面的回采时间划分成多个第二时间段，根据每个第一时间段内的地表下沉率增量和地表移动变形参数计算每个第二时间段内的地表动态移动变形量。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种输电线塔下的地表动态移动变形计算方法，其特征在于，包括：

基于概率积分法对矿井样本的历史工作面对应的地表移动变形实测数据进行分析，拟合求取所述矿井样本的地表移动变形计算参数；

基于幂函数-Knothe时间函数对所述历史工作面对应的地表移动变形实测数据，拟合求取地表动态下沉时间函数；

将所述历史工作面的回采时间划分成多个第一时间段，根据所述地表动态下沉时间函数和所述地表移动变形计算参数中的下沉系数，获取每个第一时间段内的地表下沉率增量；

将目标矿井的当前工作面的回采时间划分成多个第二时间段，根据每个第二时间段对应的第一时间段内的地表下沉率增量和所述地表移动变形计算参数中除下沉系数以外的其他参数，计算每个第二时间段内的地表动态移动变形量；

其中，所述第二时间段和所述第一时间段一一对应，且每个第二时间段与对应的第一时间段的时长相同。

2.根据权利要求1所述的输电线塔下的地表动态移动变形计算方法，其特征在于，所述根据所述地表动态下沉时间函数和所述地表移动变形计算参数中的下沉系数，获取每个第一时间段内的地表下沉率增量，包括：

将每个第一时间段的起始时间和结束时间对应的地表受采动影响时间分别输入所述地表动态下沉时间函数，输出所述起始时间对应的地表下沉量和所述结束时间对应的地表下沉量；

根据所述起始时间对应的地表下沉量和所述起始时间，获取所述起始时间对应的地表下沉率影响系数；

计算所述结束时间对应的地表下沉率影响系数与所述起始时间对应的地表下沉率影响系数之间的差值，将所述差值乘以所述下沉系数，获取每个第一时间段内的地表下沉率；

将每个第一时间段内的地表下沉率减去紧邻每个第一时间段的上一个第一时间段的地表下沉率，得到每个第一时间段内的地表下沉率增量。

3.根据权利要求2所述的输电线塔下的地表动态移动变形计算方法，其特征在于，所述根据每个第二时间段对应的第一时间段内的地表下沉率增量和所述地表移动变形计算参数中除下沉系数以外的其他参数，计算每个第二时间段内的地表移动变形量，包括：

使用每个第二时间段对应的第一时间段内的地表下沉率增量替换所述地表移动变形计算参数中下沉系数；

使用替换后的地表移动变形计算参数计算每个第二时间段内的地表移动变形量。

4.根据权利要求1-3任一所述的输电线塔下的地表动态移动变形计算方法，其特征在于，所述地表移动变形计算参数包括下沉系数、水平移动系数、主要影响角正切值、拐点偏移距和开采影响传播角。

5.根据权利要求1-3任一所述的输电线塔下的地表动态移动变形计算方法，其特征在于，所述将所述历史工作面的回采时间划分成多个第一时间段，包括：

根据所述历史工作面的推进速度和推进距离，获取所述历史工作面在不同位置处的回采时间点；

根据所述历史工作面的地表移动变形实测数据的观测时间，使用与所述观测时间相同的回采时间点将所述历史工作面的回采时间划分成多个第一时间段。

6.一种基于权利要求1-5任一所述的输电线塔下的地表动态移动变形计算方法的维护方法，其特征在于，包括：

在存在所述第二时间段内的地表移动变形量大于输电线塔的允许变形值的情况下，根据所述历史工作面的采厚和所述地表移动变形量之间的关联关系，对所述第二时间段内当前工作面的采厚进行调整，使得所述地表移动变形量小于或等于所述输电线塔的允许变形值，以根据调整后的采厚对所述当前工作面进行开采，开采时对所述当前工作面进行连续开采，匀速推进。

7.根据权利要求6所述的维护方法，其特征在于，还包括：

将所述目标矿井上输电线塔两个或四个塔腿的独立基础改造成整体基础；

所述整体基础包括板基础和除所述板基础以外的其它整体基础；

在所述第二时间段内的地表移动变形量不大于所述输电线塔的允许变形值，且在所述第二时间段内的开采期间监测到所述地表移动变形量大于所述输电线塔的允许变形值的情况下，对所述输电线塔进行加固、调斜和维修。

8.根据权利要求6所述的维护方法，其特征在于，还包括：

在所述输电线塔的预计倾斜正方向和反方向上增设拉线，所述拉线上增加有用于调节所述拉线的金具，在观测到所述输电线塔向一侧倾斜时，通过所述金具调节所述拉线，以抵消所述输电线塔的倾斜量值。

9.根据权利要求6所述的维护方法，其特征在于，还包括：

对所述输电线塔的巡检和观测数据进行分析，根据分析结果对所述输电线塔进行基础带电复位、抬高基础、平移、增加杆高、电线弛度和悬垂串偏斜度调节中的一种或多种。

10.根据权利要求6-9任一所述的维护方法，其特征在于，还包括：

在所述当前工作面的采动过程中，使用综合处理措施对所述输电线塔进行处理；其中，所述综合处理措施包括实时监测所述输电线塔的周边裂缝的产生并及时处理，同时对所述输电线塔进行加固和维修；

根据所述当前工作面的地质采矿条件、上覆岩层及松散层的物理力学参数对所述当前工作面的地表周期性裂缝的间距进行计算；

在所述间距大于预设阈值的情况下，在平行于所述当前工作面的布置方向进行地表移动变形补偿沟的开挖，以在所述变形补偿沟前方将地表移动变形进行释放。

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