本發(fā)明涉及一種采煤沉陷區(qū)地塊地表建設(shè)光伏電站適宜性評估方法。
背景技術(shù)：
煤炭資源開采往往造成地表沉陷，在采煤沉陷區(qū)地表建設(shè)光伏發(fā)電工程，必須對光伏電站建設(shè)地塊地表穩(wěn)定性進行評估。其意義主要在于：一方面，避免對沉陷區(qū)地塊危害影響程度認識不足，盲目地建設(shè)施工，相應(yīng)保護措施不足，可能會對光伏電站安全建設(shè)及運營產(chǎn)生不利影響；另一方面，避免過度地拔高危害影響程度，采取過度的保護措施，加大人力物力財力的投資，增加不必要的地塊光伏電站建設(shè)成本。但目前，現(xiàn)有技術(shù)中還沒有對沉陷區(qū)地塊地表建設(shè)光伏電站的適宜性評估方法。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明提供了一種采煤沉陷區(qū)地塊地表建設(shè)光伏電站適宜性評估方法，通過科學、全面的評估地塊地表建設(shè)光伏電站適宜性，為光伏電站在采煤沉陷區(qū)地塊地表的建設(shè)提供可靠的施工依據(jù)，確保光伏電站建設(shè)中安全施工及在建成后正常運行。
本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：
一種采煤沉陷區(qū)地塊地表建設(shè)光伏電站適宜性評估方法，包括以下步驟：
（a）根據(jù)采煤沉陷區(qū)地塊內(nèi)擬建設(shè)光伏電站的具體情況，確定采煤沉陷區(qū)地塊評估范圍；
（b）收集采煤沉陷區(qū)地塊內(nèi)的地質(zhì)勘探數(shù)據(jù)和開采數(shù)據(jù)以及地表沉陷數(shù)據(jù)；
（c）預(yù)測采煤沉陷區(qū)地塊評估范圍內(nèi)地表殘余沉陷變形數(shù)據(jù)，下沉系數(shù)根據(jù)評估范圍地表下方采空區(qū)開采結(jié)束年限及光伏電站服務(wù)期確定，選取0.03～0.40，計算繪制出評估范圍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，進而得到評估范圍內(nèi)各地表變形值最大值；
（d）評估擬建光伏電站建設(shè)荷載對評估范圍地表下方采空區(qū)的穩(wěn)定性影響，確認采空區(qū)是否處于穩(wěn)定狀態(tài)，所述地塊電站建設(shè)荷載包括施工動荷載和設(shè)施或建構(gòu)筑靜荷載；
（e）在確認采空區(qū)處于穩(wěn)定狀態(tài)下，根據(jù)下表中光伏組件與光伏支架建設(shè)適宜性分區(qū)評估準則，獲得開采沉陷區(qū)地塊關(guān)于光伏組件與光伏支架建設(shè)適宜性分區(qū)；
（f）在確認采空區(qū)處于穩(wěn)定狀態(tài)下，根據(jù)下表中逆變器與箱變建設(shè)適宜性分區(qū)評估準則，獲得開采沉陷區(qū)地塊關(guān)于逆變器與箱變建設(shè)適宜性分區(qū)。
在上述采煤沉陷區(qū)地塊地表建設(shè)光伏電站適宜性評估方法的步驟（a）中，采煤沉陷區(qū)地塊內(nèi)擬建設(shè)光伏電站的具體情況包括光伏電站建設(shè)總體規(guī)劃、擬建設(shè)設(shè)施及建構(gòu)筑物布置、尺寸和荷載。
在采煤沉陷區(qū)地塊內(nèi)開采煤層數(shù)據(jù)和采空區(qū)塌陷狀況未知情況下，上述采煤沉陷區(qū)地塊地表建設(shè)光伏電站適宜性評估方法在進行步驟（c）之前，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(zhì)采礦數(shù)據(jù)。
在進行物探或鉆探勘查時，鉆探勘查孔按照逆變器與箱變擬建設(shè)位置布置，在每個逆變器與箱變建設(shè)位置中心各布置1個勘查孔。
在上述采煤沉陷區(qū)地塊地表建設(shè)光伏電站適宜性評估方法的步驟（d）中，當?shù)貕K評估范圍地表下方采空區(qū)實際采深H大于臨界采深H臨時，確認采空區(qū)處于穩(wěn)定狀態(tài)，H臨表達式為：
H臨=H裂＋H影+h
其中，H裂為采空區(qū)導水裂縫帶高度，多煤層開采時，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。
在上述采煤沉陷區(qū)地塊地表建設(shè)光伏電站適宜性評估方法中，擬建光伏電站地塊被分為若干個建設(shè)區(qū)域，在評估時，需要對所有建設(shè)區(qū)域逐個評估，每個區(qū)域評估范圍為區(qū)域外邊緣外擴100m。
上述采煤沉陷區(qū)地塊地表建設(shè)光伏電站適宜性評估方法還包括步驟：對采煤沉陷區(qū)地表殘余沉陷變形預(yù)測分析。預(yù)測采煤沉陷區(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，根據(jù)評估范圍內(nèi)地質(zhì)采礦條件、采空區(qū)開采結(jié)束時間以及地塊電站服務(wù)期限（按25年的服務(wù)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(nèi)在電站服務(wù)期內(nèi)的地表下沉、傾斜、水平變形、曲率變形等值線圖。根據(jù)計算得到的評估范圍內(nèi)各種地表變形值最大值情況，分析地塊擬建電站可能的沉陷損壞程度。
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：
（1）本發(fā)明提供的采煤沉陷區(qū)地塊地表建設(shè)光伏電站適宜性評估方法，由于通過地塊電站總體規(guī)劃、地塊內(nèi)設(shè)施、建構(gòu)筑物布置及尺寸和荷載，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(zhì)和地表沉陷等數(shù)據(jù)，因此，本發(fā)明的評估過程更高效。
（2）本發(fā)明提供的采煤沉陷區(qū)地塊地表建設(shè)光伏電站適宜性評估方法，由于針對地質(zhì)勘探數(shù)據(jù)和開采數(shù)據(jù)以及地塊地表沉陷數(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(jié)果。
（3）本發(fā)明提供的采煤沉陷區(qū)地塊地表建設(shè)光伏電站適宜性評估方法，由于針對采煤沉陷區(qū)地塊地表殘余沉陷變形數(shù)據(jù)進行了預(yù)測，并計算繪制出評估范圍在地塊電站服務(wù)期內(nèi)的地表下沉、傾斜、水平變形和曲率變形等值線圖，進而得到地塊評估范圍內(nèi)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(jié)果。
（4）本發(fā)明提供的采煤沉陷區(qū)地塊地表建設(shè)光伏電站適宜性評估方法，由于先評估地塊電站建設(shè)荷載對地下采空區(qū)的穩(wěn)定性影響，所述電站建設(shè)荷載包括施工動荷載和設(shè)施或建構(gòu)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。
（5）本發(fā)明提供的采煤沉陷區(qū)地塊地表建設(shè)光伏電站適宜性評估方法，由于將地表下沉值、未來規(guī)劃開采時間和地表變形最大值作為采煤沉陷區(qū)地塊建設(shè)光伏電站適宜性評估指標，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(quán)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
為使本發(fā)明的目的、技術(shù)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。
在本實施例中，擬在某一地塊建光伏電站，現(xiàn)對所處采煤沉陷區(qū)的地塊擬建光伏電站的建設(shè)適宜性進行評估。
一種采煤沉陷區(qū)地塊地表建設(shè)光伏電站適宜性評估方法，包括以下步驟：
（a）根據(jù)采煤沉陷區(qū)地塊內(nèi)擬建設(shè)光伏電站的具體情況，確定采煤沉陷區(qū)地塊評估范圍；
（b）收集采煤沉陷區(qū)地塊內(nèi)的地質(zhì)勘探數(shù)據(jù)和開采數(shù)據(jù)以及地表沉陷數(shù)據(jù)；
（c）預(yù)測采煤沉陷區(qū)地塊評估范圍內(nèi)地表殘余沉陷變形數(shù)據(jù)，下沉系數(shù)根據(jù)評估范圍地表下方采空區(qū)開采結(jié)束年限及光伏電站服務(wù)期確定，選取0.03～0.40，計算繪制出評估范圍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，進而得到評估范圍內(nèi)各地表變形值最大值；
（d）評估擬建光伏電站建設(shè)荷載對評估范圍地表下方采空區(qū)的穩(wěn)定性影響，確認采空區(qū)是否處于穩(wěn)定狀態(tài)，所述地塊電站建設(shè)荷載包括施工動荷載和設(shè)施或建構(gòu)筑靜荷載；
（e）在確認采空區(qū)處于穩(wěn)定狀態(tài)下，根據(jù)下表中光伏組件與光伏支架建設(shè)適宜性分區(qū)評估準則，獲得開采沉陷區(qū)地塊關(guān)于光伏組件與光伏支架建設(shè)適宜性分區(qū)；
（f）在確認采空區(qū)處于穩(wěn)定狀態(tài)下，根據(jù)下表中逆變器與箱變建設(shè)適宜性分區(qū)評估準則，獲得開采沉陷區(qū)地塊關(guān)于逆變器與箱變建設(shè)適宜性分區(qū)。
在上述采煤沉陷區(qū)地塊地表建設(shè)光伏電站適宜性評估方法的步驟（a）中，采煤沉陷區(qū)地塊內(nèi)擬建設(shè)光伏電站的具體情況包括光伏電站建設(shè)總體規(guī)劃、擬建設(shè)設(shè)施及建構(gòu)筑物布置、尺寸和荷載。
在采煤沉陷區(qū)地塊內(nèi)開采煤層數(shù)據(jù)和采空區(qū)塌陷狀況未知情況下，上述采煤沉陷區(qū)地塊地表建設(shè)光伏電站適宜性評估方法在進行步驟（c）之前，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(zhì)采礦數(shù)據(jù)。
在進行物探或鉆探勘查時，鉆探勘查孔按照逆變器與箱變擬建設(shè)位置布置，在每個逆變器與箱變建設(shè)位置中心各布置1個勘查孔。
在上述采煤沉陷區(qū)地塊地表建設(shè)光伏電站適宜性評估方法的步驟（d）中，當?shù)貕K評估范圍地表下方采空區(qū)實際采深H大于臨界采深H臨時，確認采空區(qū)處于穩(wěn)定狀態(tài)，H臨表達式為：
H臨=H裂＋H影+h
其中，H裂為采空區(qū)導水裂縫帶高度，多煤層開采時，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。
在本實施例中，該地塊項目光伏電站規(guī)模為5萬千瓦，用地面積130km2。項目地塊內(nèi)共布置光伏組件180000塊，外形尺寸1640mm×991mm×40mm，每塊重20kg，光伏支架基礎(chǔ)67000個，采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，樁埋深1.8m，露出地面0.3m，樁長2.1m，樁徑250mm。光伏支架為地面上安裝的固定三角形鋼結(jié)構(gòu)支架，組件支架基礎(chǔ)東西間距3.3m，南北間距2.6m。地塊內(nèi)布置47個箱式變壓器，采用箱型基礎(chǔ)，基礎(chǔ)采用C30 混凝土現(xiàn)澆制作，基礎(chǔ)下設(shè)100mm厚C15素混凝土墊層，基礎(chǔ)埋深1.8m。每個地段最外邊界向外擴100m作為地表評估范圍。
在本實施例中，收集區(qū)域自然、地質(zhì)采礦條件、地表沉陷數(shù)據(jù)等資料后，獲得以下地質(zhì)、采礦、地表沉陷數(shù)據(jù)。擬建地塊正下方及周邊采空區(qū)開采煤層共5層煤，煤層累計采厚達10m以上，采深120～360m，開采時間從1976年至2013年。資料收集范圍為評估范圍周邊約500m內(nèi)。該區(qū)地層為堅硬地層，抗震設(shè)防烈度為7度，設(shè)計基本地震加速度值為0.15g，地質(zhì)構(gòu)造及水文地質(zhì)構(gòu)造較為簡單。
在本實施例中，由于采空區(qū)塌陷狀況未知，因此進行現(xiàn)場踏勘，確認建設(shè)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，制成擬建電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。
在本實施例中，預(yù)測采煤沉陷區(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，根據(jù)評估范圍內(nèi)地質(zhì)采礦條件、采空區(qū)開采結(jié)束時間以及地塊電站服務(wù)期限等綜合因素，選取采空區(qū)殘余下沉系數(shù)0.03～0.23，由此計算并繪制出評估范圍內(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。
計算結(jié)果為：受現(xiàn)有采空區(qū)的影響，擬建電站地塊評估范圍內(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。
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)育高度為72m，即H裂=72m。根據(jù)擬建電站建筑具體情況，計算建筑荷載向地下的影響深度H影，計算得到H影=13m。根據(jù)公式得到臨界采深H臨：
H臨= H裂＋H影+h
獲得H臨=90m，取h =5m，擬建電站地塊下方開采煤層最小采深為120m，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)，可以確定擬建電站地塊建（構(gòu)）筑物的建筑荷載不會破壞采空區(qū)的穩(wěn)定性。
在本實施例中，根據(jù)采煤沉陷區(qū)地塊地表建設(shè)光伏電站適宜性分區(qū)標準對評估范圍內(nèi)光伏組件與光伏支架和逆變器與箱變建筑進行綜合評估，獲得地塊適宜性分區(qū)結(jié)果。
地塊內(nèi)光伏組件與光伏支架建設(shè)適宜性分區(qū)結(jié)果為全區(qū)屬于A區(qū)（適宜性好區(qū)域）。逆變器與箱變建設(shè)適宜性分區(qū)結(jié)果為全區(qū)面積的25%為A區(qū)（適宜性好區(qū)域），逆變器與箱變應(yīng)布置在該區(qū)域內(nèi)；全區(qū)面積的75%為B區(qū)（適宜性中等），必須采取能夠抵抗預(yù)測的最大沉陷變形值的抗變形措施才能布置逆變器與箱變建設(shè)。
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(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。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。