CN107067135A - 用于建设光伏电站的采煤沉陷区地表稳定性评估方法 - Google Patents

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Abstract

用于建设光伏电站的采煤沉陷区地表稳定性评估方法，在拟建光伏电站总体规划阶段进行一次地表稳定性评估，以选出适宜建设光伏电站的用地范围，包括如下步骤：将拟建光伏电站的采煤沉陷区划分为若干地块；取得每个地块内未来规划开采时间，以及沉陷等值线分布图，确定地块内沉陷变形最大值；进行一次地表稳定性评估，获得每个地块适宜性分区类型，选择属于适宜性好的地块作为拟建设光伏电站用地。本发明能够为光伏电站建设在采煤沉陷区地表安全、高效实施提供科学依据，确保光伏电站建成后安全可靠、正常运行。

Description

用于建设光伏电站的采煤沉陷区地表稳定性评估方法
技术领域
本发明涉及用于建设光伏电站的采煤沉陷区地表稳定性评估方法。
背景技术
采煤沉陷区地表会产生一定的地表破坏、移动与变形。在采煤沉陷区地表建设光伏电站时，地表破坏、移动与变形将会对光伏电站产生一定影响，如果地表破坏、移动与变形程度太大，将导致相关设施设备不能正常使用。为确保采煤沉陷区光伏电站在服务期内安全可靠、高效运行，减少不必要的建设、维修、运营费用，给光伏电站的建设提供科学依据，应对光伏电站地基稳定性专门进行技术评估。但目前，现有技术中尚没有用于建设光伏电站的采煤沉陷区地表稳定性评估方法。
发明内容
本发明提供了一种建设光伏电站的采煤沉陷区地表稳定性评估方法，以确保光伏电站建成后安全可靠、正常运行。
本发明采用的技术方案如下：
用于建设光伏电站的采煤沉陷区地表稳定性评估方法，在拟建光伏电站总体规划阶段进行一次地表稳定性评估，以选出适宜建设光伏电站的用地范围，包括如下步骤：
（a）将拟建光伏电站的采煤沉陷区划分为若干地块；
（b）取得每个地块内未来规划开采时间，以及沉陷等值线分布图，确定地块内沉陷变形最大值；
（c）根据下表评估准则进行一次地表稳定性评估：
（d）
（e）根据步骤（c）获得每个地块适宜性分区类型，选择属于适宜性好的地块作为拟建设光伏电站用地。
所述的用于建设光伏电站的采煤沉陷区地表稳定性评估方法中，在所选地块确定光伏电站建设容量后，进行二次地表稳定性评估，包括如下步骤：
（a）针对所选地块，计算绘制出地块在拟建光伏电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；
（b）根据步骤（a）所获得的等值线图，得到各指标的最大值；
（c）根据下表评估准则针对逆变器与箱变建设适宜性进行评价：
（d）
（e）针对不同适宜性分区，采取不同的处理措施，针对适宜性好的分区，直接作为逆变器与箱变建设用地，针对适宜性中等的分区，在需要作为逆变器与箱变建设用地时，进行抗变形措施，针对适应性差的分区，需要作为逆变器与箱变建设用地时，必须对地表下方采空区进行充填；
（f）根据下表评估准则针对光伏组件与光伏支架建设适宜性进行评价：
（g）
（h）针对适宜性好的分区，直接作为光伏组件与光伏支架建设用地，针对适宜性中等的分区，在需要作为光伏组件与光伏支架建设用地时，需将光伏支架设计为可调支架，针对适应性差的分区，不作为光伏组件与光伏支架建设用地。
上述用于建设光伏电站的采煤沉陷区地表稳定性评估方法中，在所选地块内建设光伏电站单体建筑时，进行三次地表稳定性评估，包括如下步骤：
（a）计算绘制出光伏电站单体建筑拟建区域的地表下沉、倾斜、水平变形和曲率变形等值线分布图，计算得到各地表变形指标最大值；
（b）根据下表评估准则针对单体建筑（比如汇集站）建设适宜性进行评价：
（c）
（d）针对适宜性好的分区，直接作为单体建筑建设用地，针对适宜性中等的分区，在需要作为单体建筑建设用地时，需对单体建筑采取抵抗最大变形值的抗变形措施，针对适应性差的分区，不作为单体建筑建设用地，需要作为单体建筑建设用地时，必须对地表下方采空区进行充填处理，同时对单体建筑采取抵抗最大变形值的措施。
上述用于建设光伏电站的采煤沉陷区地表稳定性评估方法通过采用概率积分法预测采煤沉陷区地表残余沉陷变形数据，下沉系数根据地表下方采空区开采结束年限及评估对象服务期确定，选取0.03～0.40，由此计算得到评估范围内各地表变形等值线图及最大值数值。
上述用于建设光伏电站的采煤沉陷区地表稳定性评估方法需要先进行工程建设荷载对地表下方采空区的稳定性影响，在确定采空区稳定的情况下，再进行采煤沉陷区地表稳定性评估。
工程建设荷载包括施工动荷载和设施或建构筑静荷载，评估原则为当地表下方采空区实际采深H大于临界采深H临时，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，取位置最高的数据，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。
本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
（1）本发明提供的用于建设光伏电站的采煤沉陷区地表稳定性评估方法，由于根据项目进展阶段依次进行三次评估，分别对采煤沉陷区评估范围进行了确定，收集资料不同阶段各有侧重，较大程度的缩减了评价工作量，能够更有效、更高效、更有针对性的收集采矿、地质和地表沉陷等数据，三个阶段解决的问题也有大的差异，因此，本发明的评估过程更高效、评估结果更有针对性。
（2）本发明提供的用于建设光伏电站的采煤沉陷区地表稳定性评估方法，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，计算绘制出评估范围在工程建设服务期内的地表下沉、倾斜、水平变形和曲率变形等值线图，因此，本发明评估结果更科学、更准确。
（3）本发明提供的用于建设光伏电站的采煤沉陷区地表稳定性评估方法，由于将地表下沉值和地表变形最大值作为采煤沉陷区建设光伏电站适宜性评估指标，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，还考虑了不同阶段对沉陷变形要求的差异性，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。
所述用于建设光伏电站的采煤沉陷区地表稳定性评估方法，在拟建光伏电站总体规划阶段进行一次地表稳定性评估，以选出适宜建设光伏电站的用地范围，包括如下步骤：
（a）将拟建光伏电站的采煤沉陷区划分为若干地块；
（b）取得每个地块内未来规划开采时间，以及沉陷等值线分布图，确定地块内沉陷变形最大值；
（c）根据下表评估准则进行一次地表稳定性评估：
（d）
（e）根据步骤（c）获得每个地块适宜性分区类型，选择属于适宜性好的地块作为拟建设光伏电站用地。
所述的用于建设光伏电站的采煤沉陷区地表稳定性评估方法中，在所选地块确定光伏电站建设容量后，进行二次地表稳定性评估，包括如下步骤：
（a）针对所选地块，计算绘制出地块在拟建光伏电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；
（b）根据步骤（a）所获得的等值线图，得到各指标的最大值；
（c）根据下表评估准则针对逆变器与箱变建设适宜性进行评价：
（d）
（e）针对不同适宜性分区，采取不同的处理措施，针对适宜性好的分区，直接作为逆变器与箱变建设用地，针对适宜性中等的分区，在需要作为逆变器与箱变建设用地时，进行抗变形措施，针对适应性差的分区，需要作为逆变器与箱变建设用地时，必须对地表下方采空区进行充填；
（f）根据下表评估准则针对光伏组件与光伏支架建设适宜性进行评价：
（g）
（h）针对适宜性好的分区，直接作为光伏组件与光伏支架建设用地，针对适宜性中等的分区，在需要作为光伏组件与光伏支架建设用地时，需将光伏支架设计为可调支架，针对适应性差的分区，不作为光伏组件与光伏支架建设用地。
上述用于建设光伏电站的采煤沉陷区地表稳定性评估方法中，在所选地块内建设光伏电站单体建筑时，进行三次地表稳定性评估，包括如下步骤：
（a）计算绘制出光伏电站单体建筑拟建区域的地表下沉、倾斜、水平变形和曲率变形等值线分布图，计算得到各地表变形指标最大值；
（b）根据下表评估准则针对单体建筑（比如汇集站）建设适宜性进行评价：
（c）
（d）针对适宜性好的分区，直接作为单体建筑建设用地，针对适宜性中等的分区，在需要作为单体建筑建设用地时，需对单体建筑采取抵抗最大变形值的抗变形措施，针对适应性差的分区，不作为单体建筑建设用地，需要作为单体建筑建设用地时，必须对地表下方采空区进行充填处理，同时对单体建筑采取抵抗最大变形值的措施。
本实施例通过采用概率积分法预测采煤沉陷区地表残余沉陷变形数据，下沉系数根据地表下方采空区开采结束年限及评估对象服务期确定，选取0.03～0.40，由此计算得到评估范围内各地表变形等值线图及最大值数值。
本实施例需要先进行工程建设荷载对地表下方采空区的稳定性影响，在确定采空区稳定的情况下，再进行采煤沉陷区地表稳定性评估。
工程建设荷载包括施工动荷载和设施或建构筑静荷载，评估原则为当地表下方采空区实际采深H大于临界采深H临时，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，取位置最高的数据，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。
在本实施例中，采煤沉陷区地表拟建光伏电站总装机容量为300万千瓦光伏电站，分3年建成，每年建设100万千瓦，总体规划总面积1000km2。
通过收集1000km2范围的地质采矿条件、光伏电站建设规划、荷载等资料，图纸比例1:10000，把1000km2总体规划范围划分成一百个地块。采空区开采深度20～800 m，开采煤层厚度2～30m。采用概率积分法预测给出光伏电站总体规划的每个地块沉陷变形最大值数据。对每个地块采空区地基稳定性进行评估。根据拟建光伏电站总体规划阶段建设适宜性分区评估标准进行综合评估，得出总体规划阶段每个地块的建设适宜性，对拟选地块整体进行初步筛选，剔除建设适宜性差的地块，评估选择规划地块42块，总占地面积300 km2，作为300万千瓦光伏电站建设地块。
在本实施例中，地块项目容量为5万千瓦，用地面积130 km2，仅由一个块段组成。地块内共布置光伏组件180000块和50个箱式变压器。收集评估范围周边500m内资料，图纸1:2000或1:5000。地块采空区煤层累计采厚达10m以上，采深120～360m，开采时间从1976年至2013年。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，选取采空区残余下沉系数0.03～0.23，由此计算并绘制出评估范围内在电站地块服务期内的地表下沉、倾斜、水平变形、曲率变形等值线图。
受现有采空区的影响，拟建电站地块评估范围内地表还可能产生的下沉量为24～768mm，东西方向倾斜-3.6～+4.3mm/m，南北方向倾斜-3.6～+5.4mm/m，东西方向曲率-0.12～+0.07×10-3 /m，南北方向曲率-0.13～+0.12×10-3 /m，东西方向水平变形-2.1～+2.2mm/m，南北方向水平变形-2.2～+2.3mm/m。经计算H临=90m，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。
项目评估范围内光伏组件与光伏支架建设适宜性评估结果为全区属于适宜性好分区。逆变器与箱变等建筑建设适宜性评估结果为全区面积的25%属于适宜性好分区，逆变器与箱变等建筑选择布置在该区域内；全区面积的75%属于适宜性中等分区，必须采取能够抵抗预测的最大沉陷变形值的抗变形措施才行。
在本实施例中，拟建110KV光伏电站单体建筑为汇集站，平面尺寸为58.6m×47m，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。资料收集范围为评估范围周边500m内，图纸1:500或1:1000。采空区涉及5层，累计采厚达12m以上，采深122～283m。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，选取采空区残余下沉系数0.03～0.20，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（比例1:1000）。计算获得H临=108m，煤层采空区实际采深大于临界采深，采空区处于稳定状态。拟建汇集站评估范围内地表建设适宜性评估结果为总评估范围面积的77%属于适宜性差分区，总评估范围面积的23%属于适宜性中等分区，其中，拟建汇集站建筑区位于适宜性差分区内，因此，拟建汇集站所在区域不适宜建设汇集站，应另外选址，如果必须在此区域内建设时，则必须对地表下方采空区进行充填处理及对汇集站采取抵抗最大变形值措施。
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.用于建设光伏电站的采煤沉陷区地表稳定性评估方法，其特征在于：在拟建光伏电站总体规划阶段进行一次地表稳定性评估，以选出适宜建设光伏电站的用地范围，包括如下步骤：
将拟建光伏电站的采煤沉陷区划分为若干地块；
取得每个地块内未来规划开采时间，以及沉陷等值线分布图，确定地块内沉陷变形最大值；
根据下表评估准则进行一次地表稳定性评估：
根据步骤（c）获得每个地块适宜性分区类型，选择属于适宜性好的地块作为拟建设光伏电站用地。
2.根据权利要求1所述的用于建设光伏电站的采煤沉陷区地表稳定性评估方法，其特征在于：在所选地块确定光伏电站建设容量后，进行二次地表稳定性评估，包括如下步骤：
针对所选地块，计算绘制出地块在拟建光伏电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；
根据步骤（a）所获得的等值线图，得到各指标的最大值；
根据下表评估准则针对逆变器与箱变建设适宜性进行评价：
针对不同适宜性分区，采取不同的处理措施，针对适宜性好的分区，直接作为逆变器与箱变建设用地，针对适宜性中等的分区，在需要作为逆变器与箱变建设用地时，进行抗变形措施，针对适应性差的分区，需要作为逆变器与箱变建设用地时，必须对地表下方采空区进行充填；
根据下表评估准则针对光伏组件与光伏支架建设适宜性进行评价：
针对适宜性好的分区，直接作为光伏组件与光伏支架建设用地，针对适宜性中等的分区，在需要作为光伏组件与光伏支架建设用地时，需将光伏支架设计为可调支架，针对适应性差的分区，不作为光伏组件与光伏支架建设用地。
3.根据权利要求2所述的用于建设光伏电站的采煤沉陷区地表稳定性评估方法，其特征在于：在所选地块内建设光伏电站单体建筑时，进行三次地表稳定性评估，包括如下步骤：
计算绘制出光伏电站单体建筑拟建区域的地表下沉、倾斜、水平变形和曲率变形等值线分布图，计算得到各地表变形指标最大值；
根据下表评估准则针对单体建筑建设适宜性进行评价：
针对适宜性好的分区，直接作为单体建筑建设用地，针对适宜性中等的分区，在需要作为单体建筑建设用地时，需对单体建筑采取抵抗最大变形值的抗变形措施，针对适应性差的分区，不作为单体建筑建设用地，需要作为单体建筑建设用地时，必须对地表下方采空区进行充填处理，同时对单体建筑采取抵抗最大变形值的措施。
4.根据权利要求1-3任一所述的用于建设光伏电站的采煤沉陷区地表稳定性评估方法，其特征在于：通过采用概率积分法预测采煤沉陷区地表残余沉陷变形数据，下沉系数根据地表下方采空区开采结束年限及评估对象服务期确定，选取0.03～0.40，由此计算得到评估范围内各地表变形等值线图及最大值数值。
5.根据权利要求1-3任一所述的用于建设光伏电站的采煤沉陷区地表稳定性评估方法，其特征在于：需要先进行工程建设荷载对地表下方采空区的稳定性影响，在确定采空区稳定的情况下，再进行采煤沉陷区地表稳定性评估，工程建设荷载包括施工动荷载和设施或建构筑静荷载，评估原则为当地表下方采空区实际采深H大于临界采深H临时，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，取位置最高的数据，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。
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