光伏基礎(chǔ)工程采空區(qū)技術(shù)措施探討

馬冬波

摘 要：采空區(qū)建設(shè)光伏基礎(chǔ)設(shè)施時(shí)應(yīng)考慮采空區(qū)地表移動(dòng)與變形帶來(lái)的影響，為確保光伏基礎(chǔ)設(shè)施安全運(yùn)行，需對(duì)采空區(qū)采取一定的技術(shù)措施。現(xiàn)提出對(duì)不明采空區(qū)應(yīng)進(jìn)行勘查、對(duì)采空區(qū)地基穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)估，以及對(duì)危險(xiǎn)采空區(qū)進(jìn)行治理等技術(shù)措施。這些采空區(qū)技術(shù)措施對(duì)光伏示范基地的建設(shè)起到指導(dǎo)作用。

關(guān)鍵詞：光伏基礎(chǔ)；采空區(qū)勘查；采空區(qū)穩(wěn)定性；采空區(qū)治理

引言：建設(shè)在采煤沉陷區(qū)的光伏電站，由于其兼具經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益的優(yōu)勢(shì)，已成為我國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要趨勢(shì)之一。從光伏電站的工程特點(diǎn)出發(fā)，總結(jié)了其穩(wěn)定性問題的特殊性。通過與房屋建筑工程進(jìn)行比較分析，討論了評(píng)價(jià)沉陷區(qū)光伏場(chǎng)建設(shè)適宜性的分區(qū)標(biāo)準(zhǔn)和光伏場(chǎng)對(duì)地基穩(wěn)定性的影響，建議了光伏場(chǎng)設(shè)計(jì)中的抗采動(dòng)措施，以期為采煤沉陷區(qū)光伏場(chǎng)的穩(wěn)定性評(píng)價(jià)和抗采動(dòng)設(shè)計(jì)提供相應(yīng)的參考依據(jù)。

1、光伏場(chǎng)工程特點(diǎn)

光伏電站通常由光伏發(fā)電場(chǎng)和升壓站或開關(guān)站兩部分組成。光伏支架及基礎(chǔ)、逆變器基礎(chǔ)和箱變基礎(chǔ)等，則與之不同，其工程特點(diǎn)可歸納為以下幾點(diǎn)：

體量?。号c普通建筑動(dòng)輒百米以上長(zhǎng)寬的體量相比光伏場(chǎng)主要構(gòu)筑物的體量都相對(duì)較小。光伏組件通常以一串或兩串組件為一個(gè)單列，其支架南北3-5米，東西不超過30米。由于光伏場(chǎng)構(gòu)筑物較小的體量，使得在構(gòu)筑物范圍內(nèi)由于沉陷引起的不均勻沉降、水平位移、曲率等都相對(duì)較小。因此，采空區(qū)沉陷對(duì)其正常運(yùn)行的影響也相對(duì)較輕。

自重輕：光伏場(chǎng)構(gòu)筑物的自重通常較輕。光伏支架則多采用壁冷彎型鋼制作，鋼結(jié)構(gòu)的重量也較輕，經(jīng)計(jì)算光伏組件及支架折算到基底的附加應(yīng)力約為20KPa。逆變器和箱變等電氣設(shè)備的重量也不大，分別不超過2噸和6噸。加上基礎(chǔ)后折算的基底附加應(yīng)力分別為50KPa，80KPa。

2、采煤沉陷區(qū)特點(diǎn)

采煤沉陷區(qū)的光伏電站，由于通常距礦區(qū)周邊城市較近，且能利用不適宜建設(shè)其他建筑物的廢棄土地，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

采空區(qū)的存在會(huì)引起地表產(chǎn)生一定程度的下沉、水平移動(dòng)、傾斜和水平變形，以及地表裂縫、塌陷坑等，從而對(duì)采空區(qū)范圍內(nèi)的公共基礎(chǔ)設(shè)施產(chǎn)生一定程度的損壞，影響其正常使用。同時(shí)，由于公共基礎(chǔ)設(shè)施的存在，其自身載荷的作用會(huì)對(duì)其下方采空區(qū)的自身穩(wěn)定性產(chǎn)生影響，導(dǎo)致采空區(qū)進(jìn)一步移動(dòng)，進(jìn)而對(duì)公共基礎(chǔ)設(shè)施產(chǎn)生影響。為此，需要開展公共基礎(chǔ)設(shè)施采空區(qū)穩(wěn)定性評(píng)估技術(shù)工作，該工作是采空區(qū)上方建設(shè)時(shí)重要技術(shù)工作之一。通過該工作的開展，可預(yù)測(cè)到公共基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)區(qū)域的建設(shè)適宜性，即哪些區(qū)域適宜建設(shè)，哪些區(qū)域不宜建設(shè)，或者若建設(shè)應(yīng)采取哪些技術(shù)措施。

3、采空區(qū)地表沉陷計(jì)算與分析

根據(jù)典型110 kV 升壓站站下方采空區(qū)地質(zhì)采礦條件，結(jié)合礦區(qū)采空區(qū)沉陷特點(diǎn)，選取概率積分法沉陷計(jì)算模型和相應(yīng)的計(jì)算參數(shù)進(jìn)行采空區(qū)移動(dòng)變形的計(jì)算，并給出升壓站區(qū)域地表下沉、傾斜、水平變形、曲率變形等值線圖。

采空區(qū)沉陷預(yù)計(jì)得出：受現(xiàn)有采空區(qū)沉陷變形影響，升壓站所在地表在今后可能產(chǎn)生的最大下沉值為 947 mm，最大傾斜值為 8.1 mm/ m，最大水平變形值為 4.8 mm/m?？紤]本升壓站建（構(gòu)）筑物情況，參考我國(guó) 2000 年的《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》，得出升壓站內(nèi)建筑局部最大可能產(chǎn)生Ⅲ級(jí)中度損壞的結(jié)論?？梢姡煽諈^(qū)對(duì)升壓站建（構(gòu)）筑物影響巨大，必須采取適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)技術(shù)措施。

4、荷載影響下采空區(qū)穩(wěn)定性分析

根據(jù)采空區(qū)垮落斷裂帶發(fā)育高度與建筑物荷載影響深度之間存在的關(guān)系，計(jì)算得到升壓站下方垮落斷裂帶最大發(fā)育高度位于 2 煤采空區(qū)上62 m，建筑荷載影響深度 21 m。而升壓站下2 煤開采區(qū)域埋深僅為 54 m，升壓站下方采空區(qū)實(shí)際采深大于臨界采深（即采空區(qū)垮落斷裂帶發(fā)育高度與建筑物荷載影響深度之和），可以確定該升壓站建（構(gòu)）筑物的建筑荷載會(huì)破壞采空區(qū)的穩(wěn)定性，使采空區(qū)地表活動(dòng)發(fā)生較大不均勻沉降。

5、采空區(qū)治理技術(shù)

為了保證基礎(chǔ)設(shè)備的安全運(yùn)行，對(duì)的采空區(qū)進(jìn)行治理是必要的。目前，采空區(qū)治理方式包括采空區(qū)頂板崩落法、采空區(qū)充填法和采空區(qū)加固法等。其中，采空區(qū)充填法是采空區(qū)治理廣泛采用的一種有效方法。

110 kV 升壓站采空區(qū)勘查和采空區(qū)穩(wěn)定性分析指出：淺部的 2 層采空區(qū)采深在 90 m 以內(nèi)，淺部采空區(qū)不穩(wěn)定。鑒于升壓站重新選址困難，因此確定對(duì)淺部的 2 層采空區(qū)進(jìn)行注漿治理，以消去采空區(qū)給升壓站帶來(lái)的危害。根據(jù)該升壓站特性，確定以升壓站圍墻外擴(kuò) 15 m 為升壓站下方采空區(qū)治理區(qū)。根據(jù)升壓站場(chǎng)區(qū)尺寸和填充注漿材料擴(kuò)散半徑，確定采空區(qū)治理范圍內(nèi)共布置注漿鉆孔 29 個(gè)。注漿采用“先注 2 煤采空區(qū)、后注 3 煤采空區(qū)”的下行式注漿方法，注漿材料選用普通硅酸鹽水泥和粉煤灰等材料。注漿孔施漿材料選用普通硅酸鹽水泥和粉煤灰等材料。注漿孔施成 2 煤采空區(qū)注漿量約 4600 m3，3 煤采空區(qū)注漿量約 7400 m3，2 煤和 3 煤總注漿量約 12000 m3，投入骨料約 690 m3。典型 110 kV 升壓站下方采空區(qū)采取充填注漿治理措施后，該升壓站建筑區(qū)建設(shè)適宜性好，僅需對(duì)新建升壓站建（構(gòu)）筑物采取簡(jiǎn)單抗變形結(jié)構(gòu)技術(shù)措施。

6 總結(jié)

本文從光伏電站的工程特點(diǎn)出發(fā)，總結(jié)了其穩(wěn)定性問題的特殊性。通過與房屋建筑工程進(jìn)行比較，討論了評(píng)價(jià)沉陷區(qū)光伏場(chǎng)建設(shè)適宜性的分區(qū)標(biāo)準(zhǔn)和光伏場(chǎng)對(duì)地基穩(wěn)定性的影響，建議了光伏場(chǎng)設(shè)計(jì)中的抗采動(dòng)措施，得到了以下有意義的結(jié)論。

光伏場(chǎng)內(nèi)主要構(gòu)筑物具有體量小、自重輕、容許變形能力強(qiáng)等特點(diǎn)，，其穩(wěn)定性問題與傳統(tǒng)房屋建筑工程不盡相同，需要對(duì)此進(jìn)行專項(xiàng)研究。采空區(qū)充填法是采空區(qū)治理廣泛采用的一種有效方法，還需要工程時(shí)間檢驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)

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（作者單位：寧夏回族自治區(qū)電力設(shè)計(jì)院有限公司）