CN106097123A - 一种采煤沉陷区地表建设光伏发电汇集站适宜性评估方法 - Google Patents

一种采煤沉陷区地表建设光伏发电汇集站适宜性评估方法 Download PDF

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Abstract

一种采煤沉陷区地表建设光伏发电汇集站适宜性评估方法，包括以下步骤：(a)确定采煤沉陷区评估范围；(b)收集采煤沉陷区评估范围内的地质采矿条件数据和开采数据以及所属矿区的地表沉陷数据；(c)获得开采煤层埋深、采空区塌陷状况相关数据；(d)得到的评估范围内各地表变形值最大值；(e)评估汇集站建设荷载对地下采空区的稳定性影响；(f)评估范围内地下采空区处于相对稳定状态情况下，根据下表所示的汇集站建设适宜性分类准则进行综合评估，给出拟建光伏发电汇集站区域的适宜性。本发明能够为光伏发电项目汇集站在采煤沉陷区地表的建设提供科学依据，确保汇集站建成后正常运行。

Description

一种采煤沉陷区地表建设光伏发电汇集站适宜性评估方法
技术领域
本发明涉及一种采煤沉陷区地表建设光伏发电汇集站适宜性评估方法。
背景技术
煤炭资源开采往往造成地表沉陷，在地表沉陷区建设光伏发电工程，必须对汇集站的地基稳定性进行技术评估。其意义主要在于：一方面，沉陷区对光伏电站汇集站的沉陷影响危害程度认识和评估不足，盲目地建设施工，相应措施不足，可能会对汇集站安全运营产生不利影响；另一方面，过度地拔高沉陷影响危害程度，采取了过度的保护措施，加大了人力物力财力的投资，增加了不必要的汇集站建设成本。
对汇集站的地基适宜性进行技术评估是采煤沉陷区进行地表建设最重要的基础性技术工作之一，为汇集站的建设提供科学依据。
发明内容
本发明提供了一种采煤沉陷区地表建设光伏发电汇集站适宜性评估方法，为光伏发电项目汇集站在采煤沉陷区地表的建设提供科学依据，确保汇集站建成后正常运行。
本发明采用的技术方案如下：
一种采煤沉陷区地表建设光伏发电汇集站适宜性评估方法，包括以下步骤：
(a)根据建设光伏发电汇集站的具体情况，包括汇集站总体规划、汇集站内设施、建构筑物尺寸和荷载，确定采煤沉陷区评估范围；
(b)收集采煤沉陷区评估范围内的地质勘探数据和开采数据以及所属矿区的地表沉陷数据；
(c)在评估范围内，如果开采煤层数据和采空区塌陷状况未知，则进行物探或钻探勘查，获得开采煤层数据和采空区地质采矿数据；
(d)预测采煤沉陷区地表残余沉陷变形数据，下沉系数根据开采结束年限及汇集站服务期选取0.03～0.40，计算绘制出评估范围在汇集站服务期内的地表下沉、倾斜、水平变形和曲率变形等值线图，进而得到的评估范围内各地表变形值最大值；
(e)评估汇集站建设荷载对地下采空区的稳定性影响，所述汇集站建设荷载包括施工动荷载和设施或建构筑静荷载；
(f)在确认在汇集站建设荷载作用下，评估范围内地下采空区处于相对稳定状态情况下，根据下表所示的汇集站建设适宜性分类准则进行综合评估，给出拟建光伏发电汇集站所在区域的适宜性。
上表中的未来规划开采时段，指以汇集站建设年为基准年，评估范围内煤层规划开采所要经过的年限。
在上述采煤沉陷区地表建设光伏发电汇集站适宜性评估方法中，在步骤(a)中，确定地表评估范围，首先需要了解汇集站规格、总体规划，占地面积，掌握汇集站内都有哪些设施、建构筑物，这些设施、建构筑物的平面、高度、埋深等尺寸、荷载等资料。
在上述采煤沉陷区地表建设光伏发电汇集站适宜性评估方法中，在步骤(b)中，收集采煤沉陷区评估范围内的地质勘探数据和开采数据包括：地形地貌、地层岩性、地质构造、水文气象、采空区分布、今后开采规划等相关图纸资料、文字报告和台账。
具体到载体文件包括地质图件和采矿图件。地质图件具体又包括地形地质图、地层综合柱状图、煤岩层对比图、煤层底板等高线及资源/储量估算图、地质剖面图、钻孔柱状图等。采矿图件具体又包括井上下对照图、采掘(剥)工程平面图、开采规划图等。
地质勘探数据和开采数据收集范围可以扩大到以汇集站评估范围内边界向外侧扩展2H0的范围，H0为采煤沉陷区地下采空区平均采深，单位为m。
地表沉陷数据不仅收集评估范围内附近矿井的，还需要寻找所属矿区的或条件相近的相邻矿区的沉陷监测数据、开采沉陷规律分析资料等。
在上述采煤沉陷区地表建设光伏发电汇集站适宜性评估方法中，在步骤(e)中，当地下采空区实际采深H大于临界采深H临时，地下采空区处于相对稳定状态，H临表达式为：
H临＝H裂+H影+h
其中，H裂为采空区导水裂缝带高度，多煤层开采时，取最上层的数据，
H影为建筑荷载向地下的影响深度，h为误差范围，取h＝5～10m。
在上述采煤沉陷区地表建设光伏发电汇集站适宜性评估方法中，在步骤(c)中，钻探勘查布置5个孔，在评估范围的中心及4个角点内侧5～10m处各布置1个孔。
在上述采煤沉陷区地表建设光伏发电汇集站适宜性评估方法中，在步骤(a)中，光伏发电汇集站输出电压为110kV时，将汇集站建设围墙四周向外各扩100m作为评估范围。
在上述采煤沉陷区地表建设光伏发电汇集站适宜性评估方法中，在步骤(a)中，光伏发电汇集站输出电压为220kY时，将汇集站建设围墙四周向外各扩200m作为评估范围。
在上述采煤沉陷区地表建设光伏发电汇集站适宜性评估方法中，还包括步骤：对采煤沉陷区地表残余沉陷变形预测分析。预测采煤沉陷区地表今后还将产生的沉陷变形数据采用概率积分法，根据评估范围内地质采矿条件、采空区开采结束时间以及汇集站服务期限(按25年的服务期计算)等综合因素，选取采空区残余下沉系数0.03～0.40，规划开采下沉系数0.5～0.90，计算给出评估范围内在汇集站服务期内的地表下沉、倾斜、水平变形、曲率变形等值线图。根据计算得到的评估范围内各种地表变形值最大值情况，分析拟建汇集站可能的沉陷损坏程度。
本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
①本发明提供的一种采煤沉陷区地表建设光伏发电汇集站适宜性评估方法，由于通过汇集站总体规划、汇集站内设施、建构筑物尺寸和荷载，对采煤沉陷区评估范围进行了确定，能够更有效、更有针对的收集采矿、地质和地表沉陷等数据，因此，本发明的评估过程更高效、评估结果更精确。
②本发明提供的采煤沉陷区地表建设光伏发电汇集站适宜性评估方法，由于针对地质勘探数据和开采数据以及所属矿区的地表沉陷数据等进行分析评估，因此，本发明能够提供较为准确全面的评估结果。
③本发明提供的采煤沉陷区地表建设光伏发电汇集站适宜性评估方法，由于针对采煤沉陷区地表残余沉陷变形数据进行了预测，并计算绘制出评估范围在汇集站服务期内的地表下沉、倾斜、水平变形和曲率变形等值线图，进而得到的评估范围内各地表变形值最大值，因此，本发明能够获得更为准确全面的评估结果。
④本发明提供的采煤沉陷区地表建设光伏发电汇集站适宜性评估方法，由于先评估汇集站建设荷载对地下采空区的稳定性影响，所述汇集站建设荷载包括施工动荷载和设施或建构筑静荷载，然后再进行适宜性评估，因此，本发明更加具备有序性和科学性，使评估工作更加有条不紊，循序渐进，符合科学规律。
③本发明提供的采煤沉陷区地表建设光伏发电汇集站适宜性评估方法，由于将采深采后比、地表下沉值、未来规划开采时段和地表变形最大值作为采煤沉陷区建设光伏发电汇集站适宜性评估指标，其中地表变形最大值又细分为水平变形、曲率和倾斜度，既考虑了影响因素的全面性，也考虑了权重影响，因此，本发明既能保证评估的准确度，也能兼顾评估工作的效率，有效控制评估成本。
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，下面将对本发明实施方式作进一步地详细描述。
在本实施例中，拟建一座110kV汇集站，现对拟建汇集站所处采煤沉陷区的适宜性进行评估。
所述采煤沉陷区地表建设光伏发电汇集站适宜性评估方法，包括以下步骤：
(a)根据建设光伏发电汇集站的具体情况，包括汇集站总体规划、汇集站内设施、建构筑物尺寸和荷载，确定采煤沉陷区评估范围；
(b)收集采煤沉陷区评估范围内的地质勘探数据和开采数据以及所属矿区的地表沉陷数据；
(c)在评估范围内，如果开采煤层埋深未知、采空区塌陷状况未知，则需要进行物探或钻探勘查，获得相关数据；
(d)预测采煤沉陷区地表残余沉陷变形数据，预测采煤沉陷区地表今后还将产生的残余沉陷变形数据采用概率积分法，下沉系数根据开采结束年限和汇集站服务期，选取0.03～0.40，计算出评估范围在汇集站服务期内的地表下沉、倾斜、水平变形和曲率变形等值线图，进而得到的评估范围内各地表变形值最大值，汇集站服务期为25年；
(e)评估汇集站建设荷载对地下采空区的稳定性影响，所述汇集站建设荷载包括施工动荷载和设施或建构筑静荷载；
(f)在确认在汇集站建设荷载作用下，评估范围内地下采空区处于相对稳定状态情况下，根据下表所示的汇集站建设适宜性分类准则进行综合评估，给出拟建光伏发电汇集站所在区域的适宜性。
在本实施例中，拟建汇集站平面尺寸为58.6m×47m，其内建(构)筑物有：主变压器、主变引线构架、SVG变压器、接地变、消弧线圈、户外支架、事故油池、35m避雷针、防火墙、电缆沟、围墙、35kV一次设备舱、二次设备舱、SVG舱、生活设施箱房和值班箱房等。建构筑物平面尺寸小于23m×8m，片筏基础加混凝土护壁/柱下独立基础+地基梁或大块砼板式基础，基底埋深2.0～3.0m，建筑物基底附加压力值不大于250kN/m2。拟建汇集站建设围墙四周向外各扩100米作为地表评估范围，则可确定采煤沉陷区评估范围为259m×247m。
在本实施例中，收集区域自然、地质采矿条件、地表沉陷数据等资料后，获得以下地质、采矿、地表沉陷数据，拟建汇集站建筑区正下方及周边采空区主要位于2号煤层(2-1号煤层和2-3号煤层)、3号煤层、7号煤层(7-2号煤层和7-3号煤层)、9号煤层和12-1号煤层共5层煤中，累计采厚达12m以上，采深122～283m。资料收集范围为评估范围周边约500m内。该区地层为坚硬地层，抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.15g，地质构造及水文地质构造较为简单。
在本实施例中，对采空区塌陷状况进行现场踏勘，确认建设场地地形平缓，没有发现地裂缝，看不到沉陷迹象。对收集的图纸等资料进行分析，制成拟建汇集站下方及附近各开采煤层开采情况平面图，弄清了各开采煤层开采情况。各煤层开采时间从1970年持续至2008年。采空区类型主要有A采空区、小窑及古窑区、小窑破坏区等，采用了巷采或刀柱式采煤法、长壁式冒顶综合机械化采煤法和长壁大冒顶综合机械化低位放顶采煤法。小窑及古窑区，均为访查资料；拟建汇集站所处矿区还将在拟建汇集站位置东北方向上400m之外于3年内规划开采12-1号煤层，5年内在汇集站北侧450m之外开采12-2号煤层，长壁式综合机械化采煤法，全部陷落法管理顶板。
在本实施例中，预测采煤沉陷区地表今后还将产生的沉陷变形数据采用概率积分法，根据评估范围内地质采矿条件、采空区开采结束时间以及汇集站服务期限等综合因素，选取采空区残余下沉系数0.01～0.20，规划开采下沉系数0.65，由此计算并绘制出评估范围内在汇集站服务期内的地表下沉、倾斜、水平变形、曲率变形等值线图。
计算结果为：受现有采空区的影响，拟建汇集站评估范围内地表还可能产生的下沉量为312～947mm，东西方向倾斜-3.4～+6.1mm/m，南北方向倾斜-8.1～+1.1mm/m，东西方向曲率-0.13～+0.06×10-3/m，南北方向曲率-0.18～+0.17×10-3/m，东西方向水平变形-4.8～+1.1mm/m，南北方向水平变形-3.5～+3.2mm/m。在规划区开采后，拟建汇集站评估范围内地表还可能产生的最终下沉值为380～1885mm，东西方向倾斜-6.4～+4.0mm/m，南北方向倾斜-12.9～-1.0mm/m，东西方向曲率-0.12～+0.08×10-3/m，南北方向曲率-0.16～+0.28×10-3/m，东西方向水平变形-5.1～+1.3mm/m，南北方向水平变形-3.8～+5.4mm/m。
在本实施例中，计算得到评估范围下方导水裂缝带的最高发育高度位于2号煤层之上79m，即H裂＝79m。计算建筑荷载向地下的影响深度H影，根据拟建汇集站建筑具体情况，计算得到H影＝24m。根据公式得到临界采深H临：
H临＝H裂+H影+h
获得H临＝108m，此处h＝5m，拟建汇集站下方2号煤层开采区域最小采深为122m，下方煤层采空区实际采深大于临界采深，采空区地基处于稳定状态，可以确定拟建汇集站建(构)筑物的建筑荷载不会破坏采空区的稳定性，不会导致地面突然塌陷。
在本实施例中，根据采煤沉陷区(或煤矿采空区)地表建设光伏发电汇集站适宜性分类标准对拟建汇集站评估范围进行综合评估。受现有采空区的沉陷变形影响，拟建汇集站评估范围内地表建设适宜性综合评估结果为C类区域占总评估范围面积的77％，B类区域占总评估范围面积的23％，其中，拟建汇集站建筑区位于C类区域内，因此，拟建汇集站所在区域不适宜建设汇集站，应另外选址。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (5)

1.一种采煤沉陷区地表建设光伏发电汇集站适宜性评估方法，其特征在于，包括以下步骤：
(a)根据建设光伏发电汇集站的具体情况，包括汇集站总体规划、汇集站内设施、建构筑物尺寸和荷载，确定采煤沉陷区评估范围；
(b)牧集采煤沉陷区评估范围内的地质勘探数据和开采数据以及所属矿区的地表沉陷数据；
(c)在评估范围内，如果开采煤层数据和采空区塌陷状况未知，则进行物探或钻探勘查，获得开采煤层数据和采空区地质采矿数据；
(d)预测采煤沉陷区地表残余沉陷变形数据，下沉系数根据开采结束年限及汇集站服务期选取0.03～0.40，计算绘制出评估范围在汇集站服务期内的地表下沉、倾斜、水平变形和曲率变形等值线图，进而得到评估范围内各地表变形值最大值；
(e)评估汇集站建设荷载对地下采空区的稳定性影响，所述汇集站建设荷载包括施工动荷载和设施或建构筑静荷载；
(f)在确认在所述汇集站建设荷载作用下，评估范围内地下采空区处于相对稳定状态情况下，根据下表所示的汇集站建设适宜性分类准则进行综合评估，给出拟建光伏发电汇集站所在区域的适宜性。
2.根据权利要求1所述的采煤沉陷区地表建设光伏发电汇集站适宜性评估方法，其特征在于：在步骤(e)中，当地下采空区实际采深H大于临界采深H临时，地下采空区处于相对稳定状态，H临表达式为：
H临＝H裂+H影+h
其中，H裂为采空区导水裂缝带高度，多煤层开采时，取最上层的数据，
H影为建筑荷载向地下的影响深度，h为误差范围，取h＝5～10m。
3.根据权利要求1或2所述的采煤沉陷区地表建设光伏发电汇集站适宜性评估方法，其特征在于：在步骤(c)中，钻探勘查布置5个孔，在评估范围的中心及4个角点内侧5～10m处各布置1个孔。
4.根据权利要求1或2所述的采煤沉陷区地表建设光伏发电汇集站适宜性评估方法，其特征在于：光伏发电汇集站输出电压为110kV时，将汇集站建设围墙四周向外各扩100m作为评估范围。
5.根据权利要求1或2所述的采煤沉陷区地表建设光伏发电汇集站适宜性评估方法，其特征在于：光伏发电汇集站输出电压为220kV时，将汇集站建设围墙四周向外各扩200m作为评估范围。
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