采煤沉陷區(qū)的光伏匯集站選址、采空區(qū)評估及治理研究

吳波

上海電力設(shè)計院有限公司 上海 200025

以煤炭資源為主的北方某能源城市，經(jīng)過近百年的開采，局部地區(qū)資源已逐漸枯竭。由于長期以來大規(guī)模、高強度的煤炭開發(fā)，已形成了大面積的采煤沉陷區(qū)。鑒于這些地區(qū)具有豐富的太陽能資源，在采煤沉陷區(qū)廢棄的土地上規(guī)劃建設(shè)光伏發(fā)電基地是可行的，可達(dá)到采煤沉陷區(qū)有效治理與新能源開發(fā)的雙贏目的[1-3]。

一般的采煤沉陷區(qū)選址區(qū)域，境內(nèi)地貌類型都是復(fù)雜多樣；煤礦采空沉陷區(qū)，礦井?dāng)?shù)量多，分布廣泛，部分地區(qū)地表沉陷狀況不穩(wěn)定、難以預(yù)測。在礦井開采結(jié)束幾年后、甚至幾十年以后，仍可能出現(xiàn)地表沉陷現(xiàn)象。

在采煤沉陷區(qū)建設(shè)匯集站，前期選址階段需結(jié)合采空區(qū)穩(wěn)定性評價報告、實地深層鉆孔等資料，比選出適宜性好（A區(qū)）、適宜性中等（B區(qū)）區(qū)域內(nèi)的站址[4]；如站址涉及采空區(qū)深層治理，就需結(jié)合專業(yè)的技術(shù)處理方案，進(jìn)行治理。

1 站址選擇過程

在該采煤沉陷區(qū)光伏發(fā)電基地項目220kV匯集站站址初選過程中，相關(guān)職能部門、光伏電站投資商、技術(shù)專家等，一同對許多初選站址進(jìn)行了實地踏勘。通過多次踏勘，初步對站址的適宜性進(jìn)行分類，篩選出適宜性好區(qū)域（A區(qū)）、適宜性中等區(qū)域（B區(qū)）的站址[4]。

經(jīng)過以上步驟，該采煤沉陷區(qū)光伏發(fā)電基地項目220kV匯集站選擇了2-3個備選站址。后期，再根據(jù)場地地質(zhì)條件、給排水條件、線路出線要求、工程實施難度、進(jìn)站道路長度、工程投資合理性等，確定一個最優(yōu)站址[4]。

2 匯集站站區(qū)布置

采煤沉陷區(qū)光伏發(fā)電基地項目220kV匯集站，為滿足光伏發(fā)電片區(qū)生產(chǎn)需要而建設(shè)，并有少量運營人員值守，配套建有相應(yīng)的生產(chǎn)辦公設(shè)施，生產(chǎn)辦公預(yù)制艙（構(gòu)筑物）布置于站區(qū)的大門附近。220kV匯集站擬設(shè)計呈矩形，本期長135m、寬115m。

3 采空區(qū)評估及治理必要性

該匯集站工程位于采煤沉陷區(qū)，因地下采空區(qū)而產(chǎn)生不穩(wěn)定的沉降，嚴(yán)重時會影響到地面匯集站內(nèi)建（構(gòu)）筑物的安全，進(jìn)而影響電氣設(shè)備的正常運行。

因此，在采空沉陷區(qū)匯集站選址初期，就開展站址穩(wěn)定性評估及深層治理措施的探討，非常重要。從選址階段，就避開采空沉陷區(qū)影響較嚴(yán)重的區(qū)域，并對適宜建設(shè)匯集站站址提出對應(yīng)的技術(shù)措施，能有效規(guī)避不利的采空沉陷地質(zhì)。

4 采空沉陷區(qū)興建建（構(gòu)）筑物適宜性評估、治理措施簡介

4.1 采空沉陷區(qū)興建建（構(gòu)）筑物適宜性評估

在采煤沉陷區(qū)或采空區(qū)上興建建（構(gòu)）筑物，我國已有相關(guān)規(guī)范規(guī)定了興建建（構(gòu)）筑物的適宜性問題，并且也有較多的成功實例可供借鑒。如果進(jìn)行充分的計算分析，在滿足建筑場地適宜性評估的基礎(chǔ)上，采取有針對性的技術(shù)措施，在采煤沉陷區(qū)或采空區(qū)上興建建（構(gòu)）筑物是完全能夠滿足安全使用要求，是可行的[5]。

4.2 有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定和要求

對于采煤沉陷區(qū)或采空區(qū)上興建建（構(gòu)）筑物的適宜性問題，部分標(biāo)準(zhǔn)均有相應(yīng)的表述。

（1）《巖土工程勘察規(guī)范》（GB50021-2001）（2009年版）[6]。采空區(qū)宜根據(jù)開采情況、地表移動盆地特征和變形大小，劃分為不宜建筑的場地和相對穩(wěn)定的場地，并規(guī)定了不適宜作為建筑場地的地段和需要進(jìn)行適宜性評估的地段。

（2）《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設(shè)與壓煤開采規(guī)程》（2017版）[7-8]。地表變形使建（構(gòu)）筑物的基礎(chǔ)及其結(jié)構(gòu)產(chǎn)生附加應(yīng)力，從而使建（構(gòu)）筑物遭受到一定程度的損害。

（3）匯集站對沉陷變形的一般要求[9]。依據(jù)相關(guān)規(guī)程，匯集站主要建（構(gòu)）筑物地基基礎(chǔ)容許沉降值、傾斜等指標(biāo)簡述，見下表。該指標(biāo)考慮了部分不同基礎(chǔ)容許沉降量、容許沉降差（傾斜）的要求。

4.3 建（構(gòu)）筑物建設(shè)適宜性分區(qū)標(biāo)準(zhǔn)

開采沉陷或采空區(qū)對建筑物的破壞影響主要通過地表傾斜、曲率和水平變形這三個指標(biāo)作為評價的主要標(biāo)準(zhǔn)[4]。

評定建筑物采動后遭受的破壞和危險程度，一般是以建筑物是否仍能安全使用和結(jié)構(gòu)是否受到破壞為依據(jù)來進(jìn)行評定的。根據(jù)光伏領(lǐng)跑基地項目匯集站的主要建（構(gòu)）筑物地基基礎(chǔ)容許沉降值，傾斜等簡述指標(biāo)要求，依據(jù)《巖土工程勘察規(guī)范》（GB50021-2001）[6]、《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設(shè)與壓煤開采規(guī)程》（2017版）[7]和《采空區(qū)公路設(shè)計與施工技術(shù)細(xì)則》（JTG/TD31-03-2011）[8]，綜合考慮采空沉陷區(qū)特點，可制定匯集站建設(shè)適宜性分區(qū)標(biāo)準(zhǔn)：適宜性好區(qū)域（A區(qū)）、適宜性中等區(qū)域（B區(qū)）、適宜性差區(qū)域（C區(qū)）、需要加強采空區(qū)勘探與處理區(qū)（D區(qū)）。

在采空沉陷區(qū)匯集站站址初選過程中，設(shè)計人員、煤炭開采及沉陷評估領(lǐng)域的專家一同對許多初選站址的適宜性進(jìn)行分類，最后篩選出適宜性好區(qū)域（A區(qū)）、適宜性中等區(qū)域（B區(qū)）站址，去繼續(xù)開展后期工作[7]。

4.4 治理技術(shù)措施簡介

擬建區(qū)域內(nèi)的新建建（構(gòu)）筑物將受現(xiàn)有采空區(qū)或下組煤規(guī)劃工作面采動變形影響，可能會對擬建建筑產(chǎn)生一定不利影響，可以采取井下開采技術(shù)措施、新建抗采動變形建筑物設(shè)計措施、建構(gòu)筑物保護(hù)技術(shù)措施、沉降變形監(jiān)測等，以確保新建建（構(gòu)）筑物的安全。

5 結(jié)語

依托該光伏示范基地項目匯集站工程的建設(shè)經(jīng)驗，論述了采煤沉陷區(qū)匯集站選址過程、站址采空區(qū)評估及治理的技術(shù)措施[8-10]。從經(jīng)驗總結(jié)中，采煤沉陷區(qū)匯集站前期選址過程非常重要，直接影響后續(xù)的工程實施可行性、工期、投資成本，需予以重視。采煤沉陷區(qū)匯集站的深層地基處理措施，需依據(jù)現(xiàn)場的實際情況、工期要求、成本，綜合比選，選擇最優(yōu)的可實施方案。在采煤沉陷區(qū)，采用技術(shù)手段，合理利用廢棄的土地，規(guī)劃、建設(shè)光伏發(fā)電基地，以達(dá)到有效治理與新能源開發(fā)的雙贏目的，符合可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)。