一種采煤沉陷區(qū)地表建設光伏發(fā)電匯集站適宜性評估方法
【專利摘要】一種采煤沉陷區(qū)地表建設光伏發(fā)電匯集站適宜性評估方法，包括以下步驟：(a)確定采煤沉陷區(qū)評估范圍；(b)收集采煤沉陷區(qū)評估范圍內的地質采礦條件數(shù)據(jù)和開采數(shù)據(jù)以及所屬礦區(qū)的地表沉陷數(shù)據(jù)；(c)獲得開采煤層埋深、采空區(qū)塌陷狀況相關數(shù)據(jù)；(d)得到的評估范圍內各地表變形值最大值；(e)評估匯集站建設荷載對地下采空區(qū)的穩(wěn)定性影響；(f)評估范圍內地下采空區(qū)處于相對穩(wěn)定狀態(tài)情況下，根據(jù)下表所示的匯集站建設適宜性分類準則進行綜合評估，給出擬建光伏發(fā)電匯集站區(qū)域的適宜性。本發(fā)明能夠為光伏發(fā)電項目匯集站在采煤沉陷區(qū)地表的建設提供科學依據(jù)，確保匯集站建成后正常運行。
【專利說明】
一種采煤沉陷區(qū)地表建設光伏發(fā)電匯集站適宜性評估方法
技術領域
[0001 ]本發(fā)明涉及一種采煤沉陷區(qū)地表建設光伏發(fā)電匯集站適宜性評估方法。
【背景技術】
[0002] 煤炭資源開采往往造成地表沉陷，在地表沉陷區(qū)建設光伏發(fā)電工程，必須對匯集 站的地基穩(wěn)定性進行技術評估。其意義主要在于:一方面，沉陷區(qū)對光伏電站匯集站的沉陷 影響危害程度認識和評估不足，盲目地建設施工，相應措施不足，可能會對匯集站安全運營 產生不利影響；另一方面，過度地拔高沉陷影響危害程度，采取了過度的保護措施，加大了 人力物力財力的投資，增加了不必要的匯集站建設成本。
[0003] 對匯集站的地基適宜性進行技術評估是采煤沉陷區(qū)進行地表建設最重要的基礎 性技術工作之一，為匯集站的建設提供科學依據(jù)。

【發(fā)明內容】

[0004] 本發(fā)明提供了一種采煤沉陷區(qū)地表建設光伏發(fā)電匯集站適宜性評估方法，為光伏 發(fā)電項目匯集站在采煤沉陷區(qū)地表的建設提供科學依據(jù)，確保匯集站建成后正常運行。
[0005] 本發(fā)明采用的技術方案如下：
[0006] -種采煤沉陷區(qū)地表建設光伏發(fā)電匯集站適宜性評估方法，包括以下步驟：
[0007] (a)根據(jù)建設光伏發(fā)電匯集站的具體情況，包括匯集站總體規(guī)劃、匯集站內設施、 建構筑物尺寸和荷載，確定采煤沉陷區(qū)評估范圍；
[0008] (b)收集采煤沉陷區(qū)評估范圍內的地質勘探數(shù)據(jù)和開采數(shù)據(jù)以及所屬礦區(qū)的地表 沉陷數(shù)據(jù)；
[0009] (c)在評估范圍內，如果開采煤層數(shù)據(jù)和采空區(qū)塌陷狀況未知，則進行物探或鉆探 勘查，獲得開采煤層數(shù)據(jù)和采空區(qū)地質采礦數(shù)據(jù)；
[0010] (d)預測采煤沉陷區(qū)地表殘余沉陷變形數(shù)據(jù)，下沉系數(shù)根據(jù)開采結束年限及匯集 站服務期選取0.03~0.40,計算繪制出評估范圍在匯集站服務期內的地表下沉、傾斜、水平 變形和曲率變形等值線圖，進而得到的評估范圍內各地表變形值最大值；
[0011] (e)評估匯集站建設荷載對地下采空區(qū)的穩(wěn)定性影響，所述匯集站建設荷載包括 施工動荷載和設施或建構筑靜荷載；
[0012] (f)在確認在匯集站建設荷載作用下，評估范圍內地下采空區(qū)處于相對穩(wěn)定狀態(tài) 情況下，根據(jù)下表所示的匯集站建設適宜性分類準則進行綜合評估，給出擬建光伏發(fā)電匯 集站所在區(qū)域的適宜性。
[0014] 上表中的未來規(guī)劃開采時段，指以匯集站建設年為基準年，評估范圍內煤層規(guī)劃 開采所要經過的年限。
[0015] 在上述采煤沉陷區(qū)地表建設光伏發(fā)電匯集站適宜性評估方法中，在步驟(a)中，確 定地表評估范圍，首先需要了解匯集站規(guī)格、總體規(guī)劃，占地面積，掌握匯集站內都有哪些 設施、建構筑物，這些設施、建構筑物的平面、高度、埋深等尺寸、荷載等資料。
[0016] 在上述采煤沉陷區(qū)地表建設光伏發(fā)電匯集站適宜性評估方法中，在步驟(b)中，收 集采煤沉陷區(qū)評估范圍內的地質勘探數(shù)據(jù)和開采數(shù)據(jù)包括:地形地貌、地層巖性、地質構 造、水文氣象、采空區(qū)分布、今后開采規(guī)劃等相關圖紙資料、文字報告和臺賬。
[0017] 具體到載體文件包括地質圖件和采礦圖件。地質圖件具體又包括地形地質圖、地 層綜合柱狀圖、煤巖層對比圖、煤層底板等高線及資源/儲量估算圖、地質剖面圖、鉆孔柱狀 圖等。采礦圖件具體又包括井上下對照圖、采掘(剝)工程平面圖、開采規(guī)劃圖等。
[0018] 地質勘探數(shù)據(jù)和開采數(shù)據(jù)收集范圍可以擴大到以匯集站評估范圍內邊界向外側 擴展2H〇的范圍，Ho為采煤沉陷區(qū)地下采空區(qū)平均采深，單位為m。
[0019] 地表沉陷數(shù)據(jù)不僅收集評估范圍內附近礦井的，還需要尋找所屬礦區(qū)的或條件相 近的相鄰礦區(qū)的沉陷監(jiān)測數(shù)據(jù)、開采沉陷規(guī)律分析資料等。
[0020] 在上述采煤沉陷區(qū)地表建設光伏發(fā)電匯集站適宜性評估方法中，在步驟(e)中，當 地下采空區(qū)實際采深Η大于臨界采深Η臨時，地下采空區(qū)處于相對穩(wěn)定狀態(tài)，Η臨表達式為：
[0021] 取=tfe+tfe+h
[0022] 其中，Hg為采空區(qū)導水裂縫帶高度，多煤層開采時，取最上層的數(shù)據(jù)，
[0023] ft彡為建筑荷載向地下的影響深度，h為誤差范圍，取h = 5~10m。
[0024] 在上述采煤沉陷區(qū)地表建設光伏發(fā)電匯集站適宜性評估方法中，在步驟(c)中，鉆 探勘查布置5個孔，在評估范圍的中心及4個角點內側5~10m處各布置1個孔。
[0025] 在上述采煤沉陷區(qū)地表建設光伏發(fā)電匯集站適宜性評估方法中，在步驟(a)中，光 伏發(fā)電匯集站輸出電壓為11 OkV時，將匯集站建設圍墻四周向外各擴100m作為評估范圍。
[0026] 在上述采煤沉陷區(qū)地表建設光伏發(fā)電匯集站適宜性評估方法中，在步驟(a)中，光 伏發(fā)電匯集站輸出電壓為220kY時，將匯集站建設圍墻四周向外各擴200m作為評估范圍。
[0027] 在上述采煤沉陷區(qū)地表建設光伏發(fā)電匯集站適宜性評估方法中，還包括步驟:對 采煤沉陷區(qū)地表殘余沉陷變形預測分析。預測采煤沉陷區(qū)地表今后還將產生的沉陷變形數(shù) 據(jù)采用概率積分法，根據(jù)評估范圍內地質采礦條件、采空區(qū)開采結束時間以及匯集站服務 期限（按25年的服務期計算)等綜合因素，選取采空區(qū)殘余下沉系數(shù)0.03~0.40,規(guī)劃開采 下沉系數(shù)0.5~0.90,計算給出評估范圍內在匯集站服務期內的地表下沉、傾斜、水平變形、 曲率變形等值線圖。根據(jù)計算得到的評估范圍內各種地表變形值最大值情況，分析擬建匯 集站可能的沉陷損壞程度。
[0028] 本發(fā)明的上述技術方案相比現(xiàn)有技術具有以下優(yōu)點：
[0029] ①本發(fā)明提供的一種采煤沉陷區(qū)地表建設光伏發(fā)電匯集站適宜性評估方法，由于 通過匯集站總體規(guī)劃、匯集站內設施、建構筑物尺寸和荷載，對采煤沉陷區(qū)評估范圍進行了 確定，能夠更有效、更有針對的收集采礦、地質和地表沉陷等數(shù)據(jù)，因此，本發(fā)明的評估過程 更高效、評估結果更精確。
[0030] ②本發(fā)明提供的采煤沉陷區(qū)地表建設光伏發(fā)電匯集站適宜性評估方法，由于針對 地質勘探數(shù)據(jù)和開采數(shù)據(jù)以及所屬礦區(qū)的地表沉陷數(shù)據(jù)等進行分析評估，因此，本發(fā)明能 夠提供較為準確全面的評估結果。
[0031] ③本發(fā)明提供的采煤沉陷區(qū)地表建設光伏發(fā)電匯集站適宜性評估方法，由于針對 采煤沉陷區(qū)地表殘余沉陷變形數(shù)據(jù)進行了預測，并計算繪制出評估范圍在匯集站服務期內 的地表下沉、傾斜、水平變形和曲率變形等值線圖，進而得到的評估范圍內各地表變形值最 大值，因此，本發(fā)明能夠獲得更為準確全面的評估結果。
[0032] ④本發(fā)明提供的采煤沉陷區(qū)地表建設光伏發(fā)電匯集站適宜性評估方法，由于先評 估匯集站建設荷載對地下采空區(qū)的穩(wěn)定性影響，所述匯集站建設荷載包括施工動荷載和設 施或建構筑靜荷載，然后再進行適宜性評估，因此，本發(fā)明更加具備有序性和科學性，使評 估工作更加有條不紊，循序漸進，符合科學規(guī)律。
[0033] ③本發(fā)明提供的采煤沉陷區(qū)地表建設光伏發(fā)電匯集站適宜性評估方法，由于將采 深采后比、地表下沉值、未來規(guī)劃開采時段和地表變形最大值作為采煤沉陷區(qū)建設光伏發(fā) 電匯集站適宜性評估指標，其中地表變形最大值又細分為水平變形、曲率和傾斜度，既考慮 了影響因素的全面性，也考慮了權重影響，因此，本發(fā)明既能保證評估的準確度，也能兼顧 評估工作的效率，有效控制評估成本。
【具體實施方式】
[0034]為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將對本發(fā)明實施方式作進一 步地詳細描述。
[0035]在本實施例中，擬建一座110kV匯集站，現(xiàn)對擬建匯集站所處采煤沉陷區(qū)的適宜性 進行評估。
[0036] 所述采煤沉陷區(qū)地表建設光伏發(fā)電匯集站適宜性評估方法，包括以下步驟：
[0037] (a)根據(jù)建設光伏發(fā)電匯集站的具體情況，包括匯集站總體規(guī)劃、匯集站內設施、 建構筑物尺寸和荷載，確定采煤沉陷區(qū)評估范圍；
[0038] (b)收集采煤沉陷區(qū)評估范圍內的地質勘探數(shù)據(jù)和開采數(shù)據(jù)以及所屬礦區(qū)的地表 沉陷數(shù)據(jù)；
[0039] (c)在評估范圍內，如果開采煤層埋深未知、采空區(qū)塌陷狀況未知，則需要進行物 探或鉆探勘查，獲得相關數(shù)據(jù)；
[0040] (d)預測采煤沉陷區(qū)地表殘余沉陷變形數(shù)據(jù)，預測采煤沉陷區(qū)地表今后還將產生 的殘余沉陷變形數(shù)據(jù)采用概率積分法，下沉系數(shù)根據(jù)開采結束年限和匯集站服務期，選取 0.03~0.40,計算出評估范圍在匯集站服務期內的地表下沉、傾斜、水平變形和曲率變形等 值線圖，進而得到的評估范圍內各地表變形值最大值，匯集站服務期為25年；
[0041 ] (e)評估匯集站建設荷載對地下采空區(qū)的穩(wěn)定性影響，所述匯集站建設荷載包括 施工動荷載和設施或建構筑靜荷載；
[0042] (f)在確認在匯集站建設荷載作用下，評估范圍內地下采空區(qū)處于相對穩(wěn)定狀態(tài) 情況下，根據(jù)下表所示的匯集站建設適宜性分類準則進行綜合評估，給出擬建光伏發(fā)電匯 集站所在區(qū)域的適宜性。
[0043]
[0044]在本實施例中，擬建匯集站平面尺寸為58.6m X 47m，其內建（構）筑物有：主變壓 器、主變引線構架、SVG變壓器、接地變、消弧線圈、戶外支架、事故油池、35m避雷針、防火墻、 電纜溝、圍墻、35kV-次設備艙、二次設備艙、SVG艙、生活設施箱房和值班箱房等。建構筑物 平面尺寸小于23m X 8m，片筏基礎加混凝土護壁/柱下獨立基礎+地基梁或大塊砼板式基礎， 基底埋深2.0~3.0m，建筑物基底附加壓力值不大于250kN/m 2。擬建匯集站建設圍墻四周向 外各擴100米作為地表評估范圍，則可確定采煤沉陷區(qū)評估范圍為259m X 247m。
[0045] 在本實施例中，收集區(qū)域自然、地質采礦條件、地表沉陷數(shù)據(jù)等資料后，獲得以下 地質、采礦、地表沉陷數(shù)據(jù)，擬建匯集站建筑區(qū)正下方及周邊采空區(qū)主要位于2號煤層(2- 1號 煤層和2_3號煤層）、3號煤層、7號煤層(7_2號煤層和Γ 3號煤層）、9號煤層和12-1號煤層共5層 煤中，累計采厚達12m以上，采深122~283m。資料收集范圍為評估范圍周邊約500m內。該區(qū) 地層為堅硬地層，抗震設防烈度為7度，設計基本地震加速度值為0.15g，地質構造及水文地 質構造較為簡單。
[0046] 在本實施例中，對采空區(qū)塌陷狀況進行現(xiàn)場踏勘，確認建設場地地形平緩，沒有發(fā) 現(xiàn)地裂縫，看不到沉陷跡象。對收集的圖紙等資料進行分析，制成擬建匯集站下方及附近各 開采煤層開采情況平面圖，弄清了各開采煤層開采情況。各煤層開采時間從1970年持續(xù)至 2008年。采空區(qū)類型主要有A采空區(qū)、小窯及古窯區(qū)、小窯破壞區(qū)等，采用了巷采或刀柱式采 煤法、長壁式冒頂綜合機械化采煤法和長壁大冒頂綜合機械化低位放頂采煤法。小窯及古 窯區(qū)，均為訪查資料;擬建匯集站所處礦區(qū)還將在擬建匯集站位置東北方向上400m之外于3 年內規(guī)劃開采12<號煤層，5年內在匯集站北側450m之外開采12<號煤層，長壁式綜合機械 化采煤法，全部陷落法管理頂板。
[0047] 在本實施例中，預測采煤沉陷區(qū)地表今后還將產生的沉陷變形數(shù)據(jù)采用概率積分 法，根據(jù)評估范圍內地質采礦條件、采空區(qū)開采結束時間以及匯集站服務期限等綜合因素， 選取采空區(qū)殘余下沉系數(shù)0.01~0.20，規(guī)劃開采下沉系數(shù)0.65，由此計算并繪制出評估范 圍內在匯集站服務期內的地表下沉、傾斜、水平變形、曲率變形等值線圖。
[0048] 計算結果為:受現(xiàn)有采空區(qū)的影響，擬建匯集站評估范圍內地表還可能產生的下 沉量為312~947mm，東西方向傾斜-3.4~+6. lmm/m，南北方向傾斜-8.1~+1. lmm/m，東西方 向曲率-0.13~+0·06Xl0-3/m，南北方向曲率-0·18~+0·17Xl0- 3/m，東西方向水平變形-4.8~+l.lmm/m，南北方向水平變形-3.5~+3.2mm/m。在規(guī)劃區(qū)開采后，擬建匯集站評估范 圍內地表還可能產生的最終下沉值為380~1885mm，東西方向傾斜-6.4~+4. Omm/m，南北方 向傾斜-12.9~-l.Omm/m，東西方向曲率-0.12~+0.08X l(T3/m，南北方向曲率-0.16~+ 0.28X10-3/m，東西方向水平變形-5.1~+1.3mm/m，南北方向水平變形-3.8~+5.4mm/m。
[0049] 在本實施例中，計算得到評估范圍下方導水裂縫帶的最高發(fā)育高度位于2號煤層 之上79m，即Η裂=79m。計算建筑荷載向地下的影響深度Η|彡，根據(jù)擬建匯集站建筑具體情況， 計算得到Hs彡=24m。根據(jù)公式得到臨界采深
[0050] H|fe=!fe+HK+h
[00511 獲得Hfg= l08m，此處h = 5m，擬建匯集站下方2號煤層開采區(qū)域最小采深為122m，下 方煤層采空區(qū)實際采深大于臨界采深，采空區(qū)地基處于穩(wěn)定狀態(tài)，可以確定擬建匯集站建 (構)筑物的建筑荷載不會破壞采空區(qū)的穩(wěn)定性，不會導致地面突然塌陷。
[0052]在本實施例中，根據(jù)采煤沉陷區(qū)（或煤礦采空區(qū)）地表建設光伏發(fā)電匯集站適宜性 分類標準對擬建匯集站評估范圍進行綜合評估。受現(xiàn)有采空區(qū)的沉陷變形影響，擬建匯集 站評估范圍內地表建設適宜性綜合評估結果為C類區(qū)域占總評估范圍面積的77%，B類區(qū)域 占總評估范圍面積的23%，其中，擬建匯集站建筑區(qū)位于C類區(qū)域內，因此，擬建匯集站所在 區(qū)域不適宜建設匯集站，應另外選址。
[0053]顯然，上述實施例僅僅是為清楚地說明所作的舉例，而并非對實施方式的限定。對 于所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或 變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。而由此所引伸出的顯而易見的變化或 變動仍處于本發(fā)明的保護范圍之中。
【主權項】
1. 一種采煤沉陷區(qū)地表建設光伏發(fā)電匯集站適宜性評估方法，其特征在于，包括W下 步驟： (a) 根據(jù)建設光伏發(fā)電匯集站的具體情況，包括匯集站總體規(guī)劃、匯集站內設施、建構 筑物尺寸和荷載，確定采煤沉陷區(qū)評估范圍； (b) 牧集采煤沉陷區(qū)評估范圍內的地質勘探數(shù)據(jù)和開采數(shù)據(jù)W及所屬礦區(qū)的地表沉陷 數(shù)據(jù)； (C)在評估范圍內，如果開采煤層數(shù)據(jù)和采空區(qū)塌陷狀況未知，則進行物探或鉆探勘 查，獲得開采煤層數(shù)據(jù)和采空區(qū)地質采礦數(shù)據(jù)； (d) 預測采煤沉陷區(qū)地表殘余沉陷變形數(shù)據(jù)，下沉系數(shù)根據(jù)開采結束年限及匯集站服 務期選取0.03~0.40,計算繪制出評估范圍在匯集站服務期內的地表下沉、傾斜、水平變形 和曲率變形等值線圖，進而得到評估范圍內各地表變形值最大值； (e) 評估匯集站建設荷載對地下采空區(qū)的穩(wěn)定性影響，所述匯集站建設荷載包括施工 動荷載和設施或建構筑靜荷載； (f) 在確認在所述匯集站建設荷載作用下，評估范圍內地下采空區(qū)處于相對穩(wěn)定狀態(tài) 情況下，根據(jù)下表所示的匯集站建設適宜性分類準則進行綜合評估，給出擬建光伏發(fā)電匯 集站所在區(qū)域的適宜性。2. 根據(jù)權利要求1所述的采煤沉陷區(qū)地表建設光伏發(fā)電匯集站適宜性評估方法，其特 征在于:在步驟(e)中，當?shù)叵虏煽諈^(qū)實際采深Η大于臨界采深Η帥寸，地下采空區(qū)處于相對穩(wěn) 定狀態(tài)，Hi自表達式為： 巧陪=H|i+H?：+h 其中，Η裂為采空區(qū)導水裂縫帶高度，多煤層開采時，取最上層的數(shù)據(jù)， 勝為建筑荷載向地下的影響深度，h為誤差范圍，取h = 5~10m。3. 根據(jù)權利要求1或2所述的采煤沉陷區(qū)地表建設光伏發(fā)電匯集站適宜性評估方法，其 特征在于:在步驟(C)中，鉆探勘查布置5個孔，在評估范圍的中屯、及4個角點內側5~10m處 各布置1個孔。4. 根據(jù)權利要求1或2所述的采煤沉陷區(qū)地表建設光伏發(fā)電匯集站適宜性評估方法，其 特征在于:光伏發(fā)電匯集站輸出電壓為llOkV時，將匯集站建設圍墻四周向外各擴100m作為 評估范圍。5. 根據(jù)權利要求1或2所述的采煤沉陷區(qū)地表建設光伏發(fā)電匯集站適宜性評估方法，其 特征在于:光伏發(fā)電匯集站輸出電壓為220kV時，將匯集站建設圍墻四周向外各擴200m作為 評估范圍。
【文檔編號】G06Q50/02GK106097123SQ201610429753
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月17日
【發(fā)明人】張俊英, 賈新果, 劉義新, 李 杰, 陳凱, 孫慶先, 陳清通, 李文, 李宏杰, 谷小敏, 王翔宇, 魏晶晶
【申請人】煤炭科學技術研究院有限公司