本發(fā)明涉及用于建設(shè)光伏電站的采煤沉陷區(qū)地表穩(wěn)定性評(píng)估方法。
背景技術(shù)：
采煤沉陷區(qū)地表會(huì)產(chǎn)生一定的地表破壞、移動(dòng)與變形。在采煤沉陷區(qū)地表建設(shè)光伏電站時(shí)，地表破壞、移動(dòng)與變形將會(huì)對(duì)光伏電站產(chǎn)生一定影響，如果地表破壞、移動(dòng)與變形程度太大，將導(dǎo)致相關(guān)設(shè)施設(shè)備不能正常使用。為確保采煤沉陷區(qū)光伏電站在服務(wù)期內(nèi)安全可靠、高效運(yùn)行，減少不必要的建設(shè)、維修、運(yùn)營費(fèi)用，給光伏電站的建設(shè)提供科學(xué)依據(jù)，應(yīng)對(duì)光伏電站地基穩(wěn)定性專門進(jìn)行技術(shù)評(píng)估。但目前，現(xiàn)有技術(shù)中尚沒有用于建設(shè)光伏電站的采煤沉陷區(qū)地表穩(wěn)定性評(píng)估方法。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明提供了一種建設(shè)光伏電站的采煤沉陷區(qū)地表穩(wěn)定性評(píng)估方法，以確保光伏電站建成后安全可靠、正常運(yùn)行。
本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：
用于建設(shè)光伏電站的采煤沉陷區(qū)地表穩(wěn)定性評(píng)估方法，在擬建光伏電站總體規(guī)劃階段進(jìn)行一次地表穩(wěn)定性評(píng)估，以選出適宜建設(shè)光伏電站的用地范圍，包括如下步驟：
（a）將擬建光伏電站的采煤沉陷區(qū)劃分為若干地塊；
（b）取得每個(gè)地塊內(nèi)未來規(guī)劃開采時(shí)間，以及沉陷等值線分布圖，確定地塊內(nèi)沉陷變形最大值；
（c）根據(jù)下表評(píng)估準(zhǔn)則進(jìn)行一次地表穩(wěn)定性評(píng)估：
（d）
（e）根據(jù)步驟（c）獲得每個(gè)地塊適宜性分區(qū)類型，選擇屬于適宜性好的地塊作為擬建設(shè)光伏電站用地。
所述的用于建設(shè)光伏電站的采煤沉陷區(qū)地表穩(wěn)定性評(píng)估方法中，在所選地塊確定光伏電站建設(shè)容量后，進(jìn)行二次地表穩(wěn)定性評(píng)估，包括如下步驟：
（a）針對(duì)所選地塊，計(jì)算繪制出地塊在擬建光伏電站服務(wù)期內(nèi)的地表下沉、傾斜、水平變形和曲率變形等值線圖；
（b）根據(jù)步驟（a）所獲得的等值線圖，得到各指標(biāo)的最大值；
（c）根據(jù)下表評(píng)估準(zhǔn)則針對(duì)逆變器與箱變建設(shè)適宜性進(jìn)行評(píng)價(jià)：
（d）
（e）針對(duì)不同適宜性分區(qū)，采取不同的處理措施，針對(duì)適宜性好的分區(qū)，直接作為逆變器與箱變建設(shè)用地，針對(duì)適宜性中等的分區(qū)，在需要作為逆變器與箱變建設(shè)用地時(shí)，進(jìn)行抗變形措施，針對(duì)適應(yīng)性差的分區(qū)，需要作為逆變器與箱變建設(shè)用地時(shí)，必須對(duì)地表下方采空區(qū)進(jìn)行充填；
（f）根據(jù)下表評(píng)估準(zhǔn)則針對(duì)光伏組件與光伏支架建設(shè)適宜性進(jìn)行評(píng)價(jià)：
（g）
（h）針對(duì)適宜性好的分區(qū)，直接作為光伏組件與光伏支架建設(shè)用地，針對(duì)適宜性中等的分區(qū)，在需要作為光伏組件與光伏支架建設(shè)用地時(shí)，需將光伏支架設(shè)計(jì)為可調(diào)支架，針對(duì)適應(yīng)性差的分區(qū)，不作為光伏組件與光伏支架建設(shè)用地。
上述用于建設(shè)光伏電站的采煤沉陷區(qū)地表穩(wěn)定性評(píng)估方法中，在所選地塊內(nèi)建設(shè)光伏電站單體建筑時(shí)，進(jìn)行三次地表穩(wěn)定性評(píng)估，包括如下步驟：
（a）計(jì)算繪制出光伏電站單體建筑擬建區(qū)域的地表下沉、傾斜、水平變形和曲率變形等值線分布圖，計(jì)算得到各地表變形指標(biāo)最大值；
（b）根據(jù)下表評(píng)估準(zhǔn)則針對(duì)單體建筑（比如匯集站）建設(shè)適宜性進(jìn)行評(píng)價(jià)：
（c）
（d）針對(duì)適宜性好的分區(qū)，直接作為單體建筑建設(shè)用地，針對(duì)適宜性中等的分區(qū)，在需要作為單體建筑建設(shè)用地時(shí)，需對(duì)單體建筑采取抵抗最大變形值的抗變形措施，針對(duì)適應(yīng)性差的分區(qū)，不作為單體建筑建設(shè)用地，需要作為單體建筑建設(shè)用地時(shí)，必須對(duì)地表下方采空區(qū)進(jìn)行充填處理，同時(shí)對(duì)單體建筑采取抵抗最大變形值的措施。
上述用于建設(shè)光伏電站的采煤沉陷區(qū)地表穩(wěn)定性評(píng)估方法通過采用概率積分法預(yù)測(cè)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)地表下方采空區(qū)開采結(jié)束年限及評(píng)估對(duì)象服務(wù)期確定，選取0.03～0.40，由此計(jì)算得到評(píng)估范圍內(nèi)各地表變形等值線圖及最大值數(shù)值。
上述用于建設(shè)光伏電站的采煤沉陷區(qū)地表穩(wěn)定性評(píng)估方法需要先進(jìn)行工程建設(shè)荷載對(duì)地表下方采空區(qū)的穩(wěn)定性影響，在確定采空區(qū)穩(wěn)定的情況下，再進(jìn)行采煤沉陷區(qū)地表穩(wěn)定性評(píng)估。
工程建設(shè)荷載包括施工動(dòng)荷載和設(shè)施或建構(gòu)筑靜荷載，評(píng)估原則為當(dāng)?shù)乇硐路讲煽諈^(qū)實(shí)際采深h大于臨界采深h臨時(shí)，采空區(qū)處于相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)，h臨表達(dá)式為：
h臨=h裂＋h影+h
其中，h裂為采空區(qū)導(dǎo)水裂縫帶高度，多煤層開采時(shí)，取位置最高的數(shù)據(jù)，h影為建筑荷載向地下的影響深度，h為誤差范圍，取h=5～10m。
本發(fā)明的上述技術(shù)方案相比現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)：
（1）本發(fā)明提供的用于建設(shè)光伏電站的采煤沉陷區(qū)地表穩(wěn)定性評(píng)估方法，由于根據(jù)項(xiàng)目進(jìn)展階段依次進(jìn)行三次評(píng)估，分別對(duì)采煤沉陷區(qū)評(píng)估范圍進(jìn)行了確定，收集資料不同階段各有側(cè)重，較大程度的縮減了評(píng)價(jià)工作量，能夠更有效、更高效、更有針對(duì)性的收集采礦、地質(zhì)和地表沉陷等數(shù)據(jù)，三個(gè)階段解決的問題也有大的差異，因此，本發(fā)明的評(píng)估過程更高效、評(píng)估結(jié)果更有針對(duì)性。
（2）本發(fā)明提供的用于建設(shè)光伏電站的采煤沉陷區(qū)地表穩(wěn)定性評(píng)估方法，由于針對(duì)地質(zhì)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(jìn)行分析評(píng)估，計(jì)算繪制出評(píng)估范圍在工程建設(shè)服務(wù)期內(nèi)的地表下沉、傾斜、水平變形和曲率變形等值線圖，因此，本發(fā)明評(píng)估結(jié)果更科學(xué)、更準(zhǔn)確。
（3）本發(fā)明提供的用于建設(shè)光伏電站的采煤沉陷區(qū)地表穩(wěn)定性評(píng)估方法，由于將地表下沉值和地表變形最大值作為采煤沉陷區(qū)建設(shè)光伏電站適宜性評(píng)估指標(biāo)，其中地表變形最大值又細(xì)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(quán)重影響，還考慮了不同階段對(duì)沉陷變形要求的差異性，因此，本發(fā)明既能保證評(píng)估的準(zhǔn)確度，也能兼顧評(píng)估工作的效率，有效控制評(píng)估成本。
具體實(shí)施方式
為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將對(duì)本發(fā)明實(shí)施方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。
所述用于建設(shè)光伏電站的采煤沉陷區(qū)地表穩(wěn)定性評(píng)估方法，在擬建光伏電站總體規(guī)劃階段進(jìn)行一次地表穩(wěn)定性評(píng)估，以選出適宜建設(shè)光伏電站的用地范圍，包括如下步驟：
（a）將擬建光伏電站的采煤沉陷區(qū)劃分為若干地塊；
（b）取得每個(gè)地塊內(nèi)未來規(guī)劃開采時(shí)間，以及沉陷等值線分布圖，確定地塊內(nèi)沉陷變形最大值；
（c）根據(jù)下表評(píng)估準(zhǔn)則進(jìn)行一次地表穩(wěn)定性評(píng)估：
（d）
（e）根據(jù)步驟（c）獲得每個(gè)地塊適宜性分區(qū)類型，選擇屬于適宜性好的地塊作為擬建設(shè)光伏電站用地。
所述的用于建設(shè)光伏電站的采煤沉陷區(qū)地表穩(wěn)定性評(píng)估方法中，在所選地塊確定光伏電站建設(shè)容量后，進(jìn)行二次地表穩(wěn)定性評(píng)估，包括如下步驟：
（a）針對(duì)所選地塊，計(jì)算繪制出地塊在擬建光伏電站服務(wù)期內(nèi)的地表下沉、傾斜、水平變形和曲率變形等值線圖；
（b）根據(jù)步驟（a）所獲得的等值線圖，得到各指標(biāo)的最大值；
（c）根據(jù)下表評(píng)估準(zhǔn)則針對(duì)逆變器與箱變建設(shè)適宜性進(jìn)行評(píng)價(jià)：
（d）
（e）針對(duì)不同適宜性分區(qū)，采取不同的處理措施，針對(duì)適宜性好的分區(qū)，直接作為逆變器與箱變建設(shè)用地，針對(duì)適宜性中等的分區(qū)，在需要作為逆變器與箱變建設(shè)用地時(shí)，進(jìn)行抗變形措施，針對(duì)適應(yīng)性差的分區(qū)，需要作為逆變器與箱變建設(shè)用地時(shí)，必須對(duì)地表下方采空區(qū)進(jìn)行充填；
（f）根據(jù)下表評(píng)估準(zhǔn)則針對(duì)光伏組件與光伏支架建設(shè)適宜性進(jìn)行評(píng)價(jià)：
（g）
（h）針對(duì)適宜性好的分區(qū)，直接作為光伏組件與光伏支架建設(shè)用地，針對(duì)適宜性中等的分區(qū)，在需要作為光伏組件與光伏支架建設(shè)用地時(shí)，需將光伏支架設(shè)計(jì)為可調(diào)支架，針對(duì)適應(yīng)性差的分區(qū)，不作為光伏組件與光伏支架建設(shè)用地。
上述用于建設(shè)光伏電站的采煤沉陷區(qū)地表穩(wěn)定性評(píng)估方法中，在所選地塊內(nèi)建設(shè)光伏電站單體建筑時(shí)，進(jìn)行三次地表穩(wěn)定性評(píng)估，包括如下步驟：
（a）計(jì)算繪制出光伏電站單體建筑擬建區(qū)域的地表下沉、傾斜、水平變形和曲率變形等值線分布圖，計(jì)算得到各地表變形指標(biāo)最大值；
（b）根據(jù)下表評(píng)估準(zhǔn)則針對(duì)單體建筑（比如匯集站）建設(shè)適宜性進(jìn)行評(píng)價(jià)：
（c）
（d）針對(duì)適宜性好的分區(qū)，直接作為單體建筑建設(shè)用地，針對(duì)適宜性中等的分區(qū)，在需要作為單體建筑建設(shè)用地時(shí)，需對(duì)單體建筑采取抵抗最大變形值的抗變形措施，針對(duì)適應(yīng)性差的分區(qū)，不作為單體建筑建設(shè)用地，需要作為單體建筑建設(shè)用地時(shí)，必須對(duì)地表下方采空區(qū)進(jìn)行充填處理，同時(shí)對(duì)單體建筑采取抵抗最大變形值的措施。
本實(shí)施例通過采用概率積分法預(yù)測(cè)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)地表下方采空區(qū)開采結(jié)束年限及評(píng)估對(duì)象服務(wù)期確定，選取0.03～0.40，由此計(jì)算得到評(píng)估范圍內(nèi)各地表變形等值線圖及最大值數(shù)值。
本實(shí)施例需要先進(jìn)行工程建設(shè)荷載對(duì)地表下方采空區(qū)的穩(wěn)定性影響，在確定采空區(qū)穩(wěn)定的情況下，再進(jìn)行采煤沉陷區(qū)地表穩(wěn)定性評(píng)估。
工程建設(shè)荷載包括施工動(dòng)荷載和設(shè)施或建構(gòu)筑靜荷載，評(píng)估原則為當(dāng)?shù)乇硐路讲煽諈^(qū)實(shí)際采深h大于臨界采深h臨時(shí)，采空區(qū)處于相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)，h臨表達(dá)式為：
h臨=h裂＋h影+h
其中，h裂為采空區(qū)導(dǎo)水裂縫帶高度，多煤層開采時(shí)，取位置最高的數(shù)據(jù)，h影為建筑荷載向地下的影響深度，h為誤差范圍，取h=5～10m。
在本實(shí)施例中，采煤沉陷區(qū)地表擬建光伏電站總裝機(jī)容量為300萬千瓦光伏電站，分3年建成，每年建設(shè)100萬千瓦，總體規(guī)劃總面積1000km2。
通過收集1000km2范圍的地質(zhì)采礦條件、光伏電站建設(shè)規(guī)劃、荷載等資料，圖紙比例1:10000，把1000km2總體規(guī)劃范圍劃分成一百個(gè)地塊。采空區(qū)開采深度20～800m，開采煤層厚度2～30m。采用概率積分法預(yù)測(cè)給出光伏電站總體規(guī)劃的每個(gè)地塊沉陷變形最大值數(shù)據(jù)。對(duì)每個(gè)地塊采空區(qū)地基穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)估。根據(jù)擬建光伏電站總體規(guī)劃階段建設(shè)適宜性分區(qū)評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行綜合評(píng)估，得出總體規(guī)劃階段每個(gè)地塊的建設(shè)適宜性，對(duì)擬選地塊整體進(jìn)行初步篩選，剔除建設(shè)適宜性差的地塊，評(píng)估選擇規(guī)劃地塊42塊，總占地面積300km2，作為300萬千瓦光伏電站建設(shè)地塊。
在本實(shí)施例中，地塊項(xiàng)目容量為5萬千瓦，用地面積130km2，僅由一個(gè)塊段組成。地塊內(nèi)共布置光伏組件180000塊和50個(gè)箱式變壓器。收集評(píng)估范圍周邊500m內(nèi)資料，圖紙1:2000或1:5000。地塊采空區(qū)煤層累計(jì)采厚達(dá)10m以上，采深120～360m，開采時(shí)間從1976年至2013年。預(yù)測(cè)采煤沉陷區(qū)地表今后還將產(chǎn)生的沉陷變形數(shù)據(jù)采用概率積分法，選取采空區(qū)殘余下沉系數(shù)0.03～0.23，由此計(jì)算并繪制出評(píng)估范圍內(nèi)在電站地塊服務(wù)期內(nèi)的地表下沉、傾斜、水平變形、曲率變形等值線圖。
受現(xiàn)有采空區(qū)的影響，擬建電站地塊評(píng)估范圍內(nèi)地表還可能產(chǎn)生的下沉量為24～768mm，東西方向傾斜-3.6～+4.3mm/m，南北方向傾斜-3.6～+5.4mm/m，東西方向曲率-0.12～+0.07×10-3/m，南北方向曲率-0.13～+0.12×10-3/m，東西方向水平變形-2.1～+2.2mm/m，南北方向水平變形-2.2～+2.3mm/m。經(jīng)計(jì)算h臨=90m，煤層采空區(qū)實(shí)際采深大于臨界采深，采空區(qū)地基處于穩(wěn)定狀態(tài)。
項(xiàng)目評(píng)估范圍內(nèi)光伏組件與光伏支架建設(shè)適宜性評(píng)估結(jié)果為全區(qū)屬于適宜性好分區(qū)。逆變器與箱變等建筑建設(shè)適宜性評(píng)估結(jié)果為全區(qū)面積的25%屬于適宜性好分區(qū)，逆變器與箱變等建筑選擇布置在該區(qū)域內(nèi)；全區(qū)面積的75%屬于適宜性中等分區(qū)，必須采取能夠抵抗預(yù)測(cè)的最大沉陷變形值的抗變形措施才行。
在本實(shí)施例中，擬建110kv光伏電站單體建筑為匯集站，平面尺寸為58.6m×47m，建（構(gòu)）筑物平面尺寸小于23m×8m，片筏基礎(chǔ)加混凝土護(hù)壁/柱下獨(dú)立基礎(chǔ)+地基梁或大塊砼板式基礎(chǔ)，基底埋深2.0～3.0m，建筑物基底附加壓力值不大于250kn/m2。擬建匯集站建設(shè)圍墻四周向外各擴(kuò)100米作為地表評(píng)估范圍。資料收集范圍為評(píng)估范圍周邊500m內(nèi)，圖紙1:500或1:1000。采空區(qū)涉及5層，累計(jì)采厚達(dá)12m以上，采深122～283m。預(yù)測(cè)采煤沉陷區(qū)地表今后還將產(chǎn)生的沉陷變形數(shù)據(jù)采用概率積分法，選取采空區(qū)殘余下沉系數(shù)0.03～0.20，由此計(jì)算并繪制出評(píng)估范圍內(nèi)在匯集站服務(wù)期內(nèi)的地表下沉、傾斜、水平變形、曲率變形等值線圖（比例1:1000）。計(jì)算獲得h臨=108m，煤層采空區(qū)實(shí)際采深大于臨界采深，采空區(qū)處于穩(wěn)定狀態(tài)。擬建匯集站評(píng)估范圍內(nèi)地表建設(shè)適宜性評(píng)估結(jié)果為總評(píng)估范圍面積的77%屬于適宜性差分區(qū)，總評(píng)估范圍面積的23%屬于適宜性中等分區(qū)，其中，擬建匯集站建筑區(qū)位于適宜性差分區(qū)內(nèi)，因此，擬建匯集站所在區(qū)域不適宜建設(shè)匯集站，應(yīng)另外選址，如果必須在此區(qū)域內(nèi)建設(shè)時(shí)，則必須對(duì)地表下方采空區(qū)進(jìn)行充填處理及對(duì)匯集站采取抵抗最大變形值措施。
顯然，上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說明所作的舉例，而并非對(duì)實(shí)施方式的限定。對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動(dòng)。這里無需也無法對(duì)所有的實(shí)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(dòng)仍處于本發(fā)明的保護(hù)范圍之中。