華 祥 翟保宏 趙 琦

（1.通用技術集團工程設計有限公司，山東 濟南 250031；2.華電山東新能源有限公司汶上分公司，山東 汶上 272500）

光伏發(fā)電由于具有顯著的能源、環(huán)保和經濟效益，已成為國家能源政策的主要引導方向。鑒于濟寧地區(qū)采煤沉陷區(qū)范圍廣，在采煤沉陷區(qū)廢棄的土地上規(guī)劃建設光伏發(fā)電可達到采煤沉陷區(qū)有效利用與新能源開發(fā)雙贏目的，對于山東省其他地區(qū)沉陷區(qū)治理工作和全國資源型城市轉型發(fā)展也具有一定引領作用。但由于采礦活動是一個循環(huán)連續(xù)的過程，采煤沉陷區(qū)會循環(huán)往復的產生一定的地表移動與變形，甚至破壞，對采動影響范圍內的建（構）筑物也將產生一定的影響，因此在采煤沉陷區(qū)進行各類工程建設時，必須進行建設場地穩(wěn)定性分析，將地面建（構）筑物建設、布局與井下開采活動有效結合起來，以達到雙贏的目的。

1 項目概況

本項目為農光互補光伏發(fā)電工程，位于濟寧市汶上縣境內，規(guī)劃容量100MW。項目按農光互補方式實施，采用大棚與支架結合布置，主要功能區(qū)包括升壓站及農業(yè)管理站、光伏區(qū)、連接各方陣的道路、電纜通道。太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)主要由光伏方陣、匯流箱、逆變器、測量通信系統(tǒng)及公共電網組成。光伏方陣多采用多晶硅光伏組件，每個光伏組件尺寸為1650×992×40mm，重量約19kg。光伏組件需要用牢固的支架朝南架設，形成光伏方陣。光伏方陣通常由多排多列光伏組件構成，長度根據組件列數(shù)決定。各光伏組件之間需要接線盒進行連接，再經過專用電纜與逆變器相連。

光伏電站建（構）筑物主要包括光伏支架與基礎、逆變器室、升壓變室及綜合樓。光伏支架采用鋼支架作為直接支撐結構，支架基礎形式采用鋼筋混凝土管樁基礎，樁長5.0～7.0m，入土深度2.5～3.0m。逆變器室和升壓變室內通?？煞胖脦捉M逆變器和幾組光伏升壓變壓器，通常為單層砌體結構或采用彩鋼復合板封閉，基礎為混凝土條形基礎。綜合樓集生產、生活為一體的一般性綜合性建筑，布置有控制室、辦公室、餐廳、資料室、宿舍等，采用鋼筋混凝土框架結構，基礎采用混凝土獨立基礎，一般為 1～2層。

2 基本地質條件

場址區(qū)屬平原地貌，地面高程為+40m左右，位于汶上縣某煤礦采煤沉陷區(qū)內。該區(qū)域賦存煤層有3、16和17煤層，16、17煤層沒進入礦井開采規(guī)劃，只需研究已經進行開采的3煤層。3煤層厚度4.03～9.52m（平均厚度7.50m），開采標高-340～-900m，煤層傾角一般不超過25°。

3 地表移動變形分析

3.1 剩余移動變形分析

煤層開采后，地表移動變形可分為兩部分：一是隨著開采空間變化而產生的移動量；二是停止開采后隨時間變化而產生的移動量。前者是主要移動量，根據統(tǒng)計資料，這部分移動量占開采厚度的65%～75%。停止開采后的移動量又可細分為兩部分：一部分為停止開采后至穩(wěn)定（地表移動變形延續(xù)時間結束）的剩余移動變形，約占開采厚度的20%～25%；其余為穩(wěn)沉后的地表殘余移動變形，約占開采厚度的5%～10%。由于殘余移動變形影響周期很長，且移動變形總量不大，因此主要會對精密建（構）筑物產生影響?？紤]光伏電站建、構筑物結構特點，主要對場址區(qū)煤層開采后至地表移動變形延續(xù)結束之間的剩余移動變形進行分析。

根據地表移動變形延續(xù)時間計算結果，3煤層全部垮落法開采地表移動影響時間為2.7～4.9年。據此，確定出礦井1301、1302、1303、1304、1305、1306、1307、3301、3302工作面引起的采空區(qū)地面沉陷區(qū)域基本處于穩(wěn)沉狀態(tài)，1308、1309、1310、1312、3303、3304、3306工作面引起的地表移動變形尚未結束。經計算地表剩余移動變形主要集中在東部邊界，最大下沉值為650mm，最大傾斜變形值為-5.5mm/m，最大水平變形值為+2.5/-1.5mm/m。

3.2 規(guī)劃開采影響分析

陽城煤礦為正常生產礦井，隨著時間的推移，其開采活動還會繼續(xù)。根據礦井目前接續(xù)安排規(guī)劃，電站25年服務期內礦井仍主要開采3煤層，近期先規(guī)劃開采北三采區(qū)剩余區(qū)域，然后通過大巷繼續(xù)向南開拓。經計算規(guī)劃開采影響主要集中在東部和南部，預計影響地表最大下沉3600mm，最大傾斜變形為10.0mm/m，最大水平變形為+6.0/-6.0mm/m。

4 采空區(qū)穩(wěn)定性評價

根據前面分析，本次場地穩(wěn)定性評價需考慮已開采的采空區(qū)剩余移動變形影響和未來開采規(guī)劃影響。本次根據以往行業(yè)經驗，界定10mm沉降邊界之外為穩(wěn)定區(qū)，沉降范圍內參照“三下”規(guī)范第27條規(guī)定劃分為基本穩(wěn)定區(qū)（Ⅰ、Ⅱ級損壞）和不穩(wěn)定區(qū)（≥Ⅲ級損壞）。綜合以上分析結果可知，場址區(qū)面積的49%處于穩(wěn)定區(qū)范圍，不會對項目實施產生影響；48%處于基本穩(wěn)定區(qū)范圍，存在一定變形影響；極小部分處于不穩(wěn)定區(qū)（約3%）。

可進一步優(yōu)化地面總平面布置，將綜合樓等重要建（構）筑物放在穩(wěn)定區(qū)域?？紤]到本電站支架基礎可采用單根鋼筋混凝土管樁基礎形式，抗變形能力較強，經試驗區(qū)驗證地表移動下沉盆地邊緣較緩，樁體施工后整體變形不大，因此認為基本穩(wěn)定區(qū)采用單樁基支架形式也可滿足使用要求。極小部分不穩(wěn)定區(qū)（場址區(qū)3%比例）可進一步增加抗變形設計或暫時避開光伏布置，待場地穩(wěn)定性改善后再行建設。

圖1 場址區(qū)穩(wěn)定性劃分結果

5 結論

報告在全面收集場址區(qū)規(guī)劃及煤礦相關地質采礦資料的基礎上，對相關礦井煤層開采引起的地表沉陷結果及剩余變形進行了計算，并結合下一步開采規(guī)劃，對煤礦采空區(qū)地表的穩(wěn)定性進行了評價。通過對場址區(qū)穩(wěn)定性進行分區(qū)、劃分，可更有效地進行地面總平面布置，將綜合樓等重要建（構）筑物避開穩(wěn)定性較差區(qū)域，確保運營安全。