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)定性評估方法。
背景技術(shù)：
采煤沉陷區(qū)地表會產(chǎn)生一定的地表破壞、移動與變形。在采煤沉陷區(qū)地表建設(shè)光伏電站時，地表破壞、移動與變形將會對光伏電站產(chǎn)生一定影響，如果地表破壞、移動與變形程度太大，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、高效運行，減少不必要的建設(shè)、維修、運營費用，給光伏電站的建設(shè)提供科學(xué)依據(jù)，應(yīng)對光伏電站地基穩(wěn)定性專門進行技術(shù)評估。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)定性評估方法。
技術(shù)實現(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)定性評估方法，以確保光伏電站建成后安全可靠、正常運行。
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)定性評估方法，在擬建光伏電站總體規(guī)劃階段進行一次地表穩(wěn)定性評估，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）取得每個地塊內(nèi)未來規(guī)劃開采時間，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)下表評估準則進行一次地表穩(wěn)定性評估：
（d）
（e）根據(jù)步驟（c）獲得每個地塊適宜性分區(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)定性評估方法中，在所選地塊確定光伏電站建設(shè)容量后，進行二次地表穩(wěn)定性評估，包括如下步驟：
（a）針對所選地塊，計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，得到各指標的最大值；
（c）根據(jù)下表評估準則針對逆變器與箱變建設(shè)適宜性進行評價：
（d）
（e）針對不同適宜性分區(qū)，采取不同的處理措施，針對適宜性好的分區(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，進行抗變形措施，針對適應(yīng)性差的分區(qū)，需要作為逆變器與箱變建設(shè)用地時，必須對地表下方采空區(qū)進行充填；
（f）根據(jù)下表評估準則針對光伏組件與光伏支架建設(shè)適宜性進行評價：
（g）
（h）針對適宜性好的分區(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，需將光伏支架設(shè)計為可調(diào)支架，針對適應(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)定性評估方法中，在所選地塊內(nèi)建設(shè)光伏電站單體建筑時，進行三次地表穩(wěn)定性評估，包括如下步驟：
（a）計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，計算得到各地表變形指標最大值；
（b）根據(jù)下表評估準則針對單體建筑（比如匯集站）建設(shè)適宜性進行評價：
（c）
（d）針對適宜性好的分區(qū)，直接作為單體建筑建設(shè)用地，針對適宜性中等的分區(qū)，在需要作為單體建筑建設(shè)用地時，需對單體建筑采取抵抗最大變形值的抗變形措施，針對適應(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，必須對地表下方采空區(qū)進行充填處理，同時對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)定性評估方法通過采用概率積分法預(yù)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)地表下方采空區(qū)開采結(jié)束年限及評估對象服務(wù)期確定，選取0.03～0.40，由此計算得到評估范圍內(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)定性評估方法需要先進行工程建設(shè)荷載對地表下方采空區(qū)的穩(wěn)定性影響，在確定采空區(qū)穩(wěn)定的情況下，再進行采煤沉陷區(qū)地表穩(wěn)定性評估。
工程建設(shè)荷載包括施工動荷載和設(shè)施或建構(gòu)筑靜荷載，評估原則為當?shù)乇硐路讲煽諈^(qū)實際采深h大于臨界采深h臨時，采空區(qū)處于相對穩(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(dǎo)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。
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)明提供的用于建設(shè)光伏電站的采煤沉陷區(qū)地表穩(wěn)定性評估方法，由于根據(jù)項目進展階段依次進行三次評估，分別對采煤沉陷區(qū)評估范圍進行了確定，收集資料不同階段各有側(cè)重，較大程度的縮減了評價工作量，能夠更有效、更高效、更有針對性的收集采礦、地質(zhì)和地表沉陷等數(shù)據(jù)，三個階段解決的問題也有大的差異，因此，本發(fā)明的評估過程更高效、評估結(jié)果更有針對性。
（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)以及所屬礦區(qū)的地表沉陷數(shù)據(jù)等進行分析評估，計算繪制出評估范圍在工程建設(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)明評估結(jié)果更科學(xué)、更準確。
（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，還考慮了不同階段對沉陷變形要求的差異性，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。
所述用于建設(shè)光伏電站的采煤沉陷區(qū)地表穩(wěn)定性評估方法，在擬建光伏電站總體規(guī)劃階段進行一次地表穩(wěn)定性評估，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）取得每個地塊內(nèi)未來規(guī)劃開采時間，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)下表評估準則進行一次地表穩(wěn)定性評估：
（d）
（e）根據(jù)步驟（c）獲得每個地塊適宜性分區(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)定性評估方法中，在所選地塊確定光伏電站建設(shè)容量后，進行二次地表穩(wěn)定性評估，包括如下步驟：
（a）針對所選地塊，計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，得到各指標的最大值；
（c）根據(jù)下表評估準則針對逆變器與箱變建設(shè)適宜性進行評價：
（d）
（e）針對不同適宜性分區(qū)，采取不同的處理措施，針對適宜性好的分區(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，進行抗變形措施，針對適應(yīng)性差的分區(qū)，需要作為逆變器與箱變建設(shè)用地時，必須對地表下方采空區(qū)進行充填；
（f）根據(jù)下表評估準則針對光伏組件與光伏支架建設(shè)適宜性進行評價：
（g）
（h）針對適宜性好的分區(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，需將光伏支架設(shè)計為可調(diào)支架，針對適應(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)定性評估方法中，在所選地塊內(nèi)建設(shè)光伏電站單體建筑時，進行三次地表穩(wěn)定性評估，包括如下步驟：
（a）計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，計算得到各地表變形指標最大值；
（b）根據(jù)下表評估準則針對單體建筑（比如匯集站）建設(shè)適宜性進行評價：
（c）
（d）針對適宜性好的分區(qū)，直接作為單體建筑建設(shè)用地，針對適宜性中等的分區(qū)，在需要作為單體建筑建設(shè)用地時，需對單體建筑采取抵抗最大變形值的抗變形措施，針對適應(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，必須對地表下方采空區(qū)進行充填處理，同時對單體建筑采取抵抗最大變形值的措施。
本實施例通過采用概率積分法預(yù)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)地表下方采空區(qū)開采結(jié)束年限及評估對象服務(wù)期確定，選取0.03～0.40，由此計算得到評估范圍內(nèi)各地表變形等值線圖及最大值數(shù)值。
本實施例需要先進行工程建設(shè)荷載對地表下方采空區(qū)的穩(wěn)定性影響，在確定采空區(qū)穩(wěn)定的情況下，再進行采煤沉陷區(qū)地表穩(wěn)定性評估。
工程建設(shè)荷載包括施工動荷載和設(shè)施或建構(gòu)筑靜荷載，評估原則為當?shù)乇硐路讲煽諈^(qū)實際采深h大于臨界采深h臨時，采空區(qū)處于相對穩(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(dǎo)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，采煤沉陷區(qū)地表擬建光伏電站總裝機容量為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)測給出光伏電站總體規(guī)劃的每個地塊沉陷變形最大值數(shù)據(jù)。對每個地塊采空區(qū)地基穩(wěn)定性進行評估。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)評估標準進行綜合評估，得出總體規(guī)劃階段每個地塊的建設(shè)適宜性，對擬選地塊整體進行初步篩選，剔除建設(shè)適宜性差的地塊，評估選擇規(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。
在本實施例中，地塊項目容量為5萬千瓦，用地面積130km2，僅由一個塊段組成。地塊內(nèi)共布置光伏組件180000塊和50個箱式變壓器。收集評估范圍周邊500m內(nèi)資料，圖紙1:2000或1:5000。地塊采空區(qū)煤層累計采厚達10m以上，采深120～360m，開采時間從1976年至2013年。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，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。
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。經(jīng)計算h臨=90m，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)。
項目評估范圍內(nèi)光伏組件與光伏支架建設(shè)適宜性評估結(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)測的最大沉陷變形值的抗變形措施才行。
在本實施例中，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)加混凝土護壁/柱下獨立基礎(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100米作為地表評估范圍。資料收集范圍為評估范圍周邊500m內(nèi)，圖紙1:500或1:1000。采空區(qū)涉及5層，累計采厚達12m以上，采深122～283m。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，選取采空區(qū)殘余下沉系數(shù)0.03～0.20，由此計算并繪制出評估范圍內(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）。計算獲得h臨=108m，煤層采空區(qū)實際采深大于臨界采深，采空區(qū)處于穩(wěn)定狀態(tài)。擬建匯集站評估范圍內(nèi)地表建設(shè)適宜性評估結(jié)果為總評估范圍面積的77%屬于適宜性差分區(qū)，總評估范圍面積的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，則必須對地表下方采空區(qū)進行充填處理及對匯集站采取抵抗最大變形值措施。
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。