采空區對貞豐縣龍場二期光伏電站穩定分析及評價

張 彪，陳 瀟，劉超楊，嚴 浩

（中國電建集團貴陽勘測設計研究院有限公司，貴州貴陽550081）

從2010年以來，我國為調整優化產業結構，建立長效機制，在電力、煤炭、鋼鐵、水泥等行業關停淘汰了一大批落后產能。然而煤礦關停之后，很多地區會形成煤礦采空區。由于采空區地質條件極其復雜，采空區往往伴隨有巖層移動、變形等，從而導致地質災害的發生，這對工程建設將帶來諸多不利的影響。為了適應國家能源長期健康發展，近些年來，國家能源已經開始轉型，新能源逐步興起，大批光伏、風電等新能源項目落地建設。本文以貴州省貞豐縣附近采空區范圍內某光伏電站為例，對采空區給光伏電站建設穩定性造成的影響進行分析及評價。

1 工程概況

擬建的某光伏電站于貴州黔西南布依族苗族自治州貞豐縣龍山鎮境內，該站址東西最長約1.7km，南北最寬約0.8km。該站址距貞豐縣城直線距離約14.0km，距興義市區直線距離約71km，距貴陽市直線距離約180km。在站址區有鄉村公路通過，場址區對外交通便利。

擬建光伏電站初擬裝機容量50MWp，初選場址面積約2.22km2。根據資料顯示，該光伏電站站址內分布有貞豐縣納旺煤礦和貞豐縣高家巖煤礦。

2 場地工程地質條件

2.1 地形地貌及地層巖性

擬建光伏電站站址區東西最長約1.7km，南北最寬約0.8km，場內原始地面高程為1200~1455m，屬于構造、剝蝕低中山地貌。自然坡度一般10°~30°不等。站址區內基巖大量裸露，地表隨處可見散布的松動塊石，塊石直徑一般0.3~3.0m不等；場址區植被較發育，多為雜樹和雜草地。

站址區上覆土層為殘坡積層（Qedl）砂質粘土夾碎塊石，碎塊石成分為砂巖，直徑一般0.5~1.0m；下伏基巖為三疊系上統龍頭山組（T3l）和火把沖組（T3h）地層，巖性主要為灰、灰綠色厚層塊狀巖屑石英砂巖與粉砂質粘土巖、粘土巖互層夾炭質頁巖、油頁巖及菱鐵礦層。此外尚夾數十層煤層及煤線，其中有可采煤三層。煤層主要分布在中上部及底部，厚580~687m。

2.2 采空區分布范圍

根據搜集資料顯示，站址區內過去采煤活動較劇烈，具一定規模，對光伏電站影響較大的煤礦包括貞豐縣納旺煤礦和高家巖煤礦，目前兩個煤礦已經關停。各煤礦與站址和煤礦區縱剖面略分別見圖1、圖2。由圖可知，光伏電站周邊分布有兩個較大規模的采空區，光伏站址大部分區域位于采空區之上。

圖1 工程周邊煤礦分布平面略圖

圖2 站址區煤礦縱剖面略圖

2.3 采空區基本特征

2.3.1 貞豐縣納旺煤礦

貞豐縣納旺煤礦大部分主要位于擬建光伏站址東部區域。根據現場調查及《貴州省貞豐縣納旺煤礦勘查地質報告》顯示，貞豐縣納旺煤礦地質儲量173.26×104t，設計年生產能力為9×104t，準采面積為2.6km2，準采高程1100~1300m。該煤礦煤層為三疊系火把組（T3h）的煤層，自下而上層4層編為1#、2#、3#、4#煤，其中1#、2#屬于不穩定煤層，開采價值低。本礦區主要為3#、4#煤層，煤層傾角為8°~22°。

3#煤：俗稱“高煤”產于火把組第三段上部，煤層厚度0.82~1.26m，平均厚度1.06m；結構簡單，變化不大，屬于穩定煤層。

4#煤：位于火把組上部，下距3#煤45~58m，煤層厚度0.70~1.13m，平均厚度0.90m；結構簡單，屬于穩定煤層。

貞豐縣納旺煤礦開采時間為2006年，關停時間為2016年，持續開采時間約10年；開采方式主要為機械采煤，少量為人力。

根據《貴州省貞豐縣納旺煤礦勘查地質報告》，距離地面最近4#煤層采深40~50m，平均采空高度1.06m，為淺層采空區；3#煤層采深90~100m，平均采空高度0.90m，為中層采空區。

2.3.2 貞豐縣高家巖高家巖煤礦

貞豐縣挽瀾高家巖煤礦少部分位于擬建光伏站址西部區域。本礦區與貞豐縣納旺煤礦相鄰，煤層位于同一套地層，地質情況與之相似。主要為3#、4#煤層，煤層傾角為8°~22°。推測距離地面最近4#煤層采深40~60m，平均采空高度1.0m左右，為淺層采空區；3#煤層采深100m左右，平均采空高度0.90m左右，為中層采空區。

貞豐縣納旺煤礦開采時間為2004年，關停時間為2015年，持續開采時間約11年；開采方式主要為機械采煤，少量為人力。

2.4 采空區垮落帶和斷裂帶計算

擬建光伏電站周邊采空區主要包括貞豐縣納旺煤礦采空區、貞豐縣挽瀾高家巖煤礦采空區。兩個采空區煤層位于同一套地層，煤層傾角為8°~22°。

2.4.1 采空區垮落帶計算

根據區域地質資料，采空區煤層頂板巖性上部為砂巖、泥質粉砂巖、下部為粘土巖、頁巖等。

根據《煤礦采空區巖土工程勘察規范》L.0.1規定,當煤層傾角α＜55°，煤層頂板為硬質巖、軟質巖層或其互層時，厚層煤分層開采的垮落帶最大高度，可按下式計算：

式中：M1——按照3#煤層的最大厚度為1.26m；M2——按照4#煤層的最大厚度為1.13m。

2.4.2 采空區斷裂帶計算

根據區域地質資料，采空區煤層頂板巖性上部為砂巖、泥質粉砂巖、下部為粘土巖、頁巖等。

根據《煤礦采空區巖土工程勘察規范》L.0.1規定,當煤層傾角α＜55°，煤層頂板為硬質巖、軟質巖層或其互層時，厚層煤分層開采的斷裂帶最大高度，可按下式計算：

式中：M1——按照3#煤層的最大厚度為1.26m；

M2——按照4#煤層的最大厚度為1.13m。

3 采空區對光伏場址的穩定性分析及評價

根據《煤礦采空區巖土工程勘察規范》，在鉛直方向上將巖層破壞劃分為垮落帶、斷裂帶及彎曲帶。

經過對采空區垮落帶最大高度和斷裂帶最大高度的估算，其中采空區垮落帶最大高度Hm=11.2m；斷裂帶最大高度為32.2m。根據《貴州省貞豐縣納旺煤礦勘查地質報告》及相關資料，貞豐縣納旺煤礦和貞豐縣挽瀾高家巖煤礦4#煤層平均采深約50m，屬淺層采空區；3#煤層采深100m，屬中層采空區；由此推測擬建光伏場區位于采空區的彎曲帶上。

通過對兩個煤礦的開采方式、開采時間、終采時間、采深等因素綜合分析可知，擬建光伏站址區域內的采空區主變形階段已過，但是目前仍然處于緩慢變形階段。對于荷載不大或對變形要求不高的建（構）筑物影響不大，對于荷載較大或對變形要求較高的建（構）筑物影響較大。

4 討論

對于采空區項目，首先我們要搜集采空區的相關資料，比如：采空區的范圍、采空區地層巖性、巖層產狀、煤層厚度、開采方式、采深、開采時間、終采時間等基本特征。根據搜集到的相關資料結合《煤礦采空區巖土工程勘察規范》進行計算與分析，并對采空區及影響區域的建（構）筑物穩定性分析評價，為設計和施工提供可靠依據。

5 結論

通過對擬建光伏站址地形地貌、地層巖性、采空區分布范圍、采空區的基本特征、采空區三帶等進行分析與計算，得到如下結論：

（1）擬建光伏場區位于兩個采空區的彎曲帶上，光伏電站的光伏板支架、逆變器的荷載相對較小，場地基本適宜本工程建設。

（2）兩個煤礦關停時間較短，埋深最淺的4#煤層區域屬于淺層采空區。

（3）目前采空區主變形階段已過，但是仍然處于緩慢變形階段，今后光伏電站施工或運行期間可能會出現地表變形，從而影響光伏板及支架基礎等場區建筑物地基穩定，后期需加強變形監測。