采煤沉陷区的光伏汇集站选址、采空区评估及治理研究

吴波

上海电力设计院有限公司 上海 200025

以煤炭资源为主的北方某能源城市，经过近百年的开采，局部地区资源已逐渐枯竭。由于长期以来大规模、高强度的煤炭开发，已形成了大面积的采煤沉陷区。鉴于这些地区具有丰富的太阳能资源，在采煤沉陷区废弃的土地上规划建设光伏发电基地是可行的，可达到采煤沉陷区有效治理与新能源开发的双赢目的[1-3]。

一般的采煤沉陷区选址区域，境内地貌类型都是复杂多样；煤矿采空沉陷区，矿井数量多，分布广泛，部分地区地表沉陷状况不稳定、难以预测。在矿井开采结束几年后、甚至几十年以后，仍可能出现地表沉陷现象。

在采煤沉陷区建设汇集站，前期选址阶段需结合采空区稳定性评价报告、实地深层钻孔等资料，比选出适宜性好（A区）、适宜性中等（B区）区域内的站址[4]；如站址涉及采空区深层治理，就需结合专业的技术处理方案，进行治理。

1 站址选择过程

在该采煤沉陷区光伏发电基地项目220kV汇集站站址初选过程中，相关职能部门、光伏电站投资商、技术专家等，一同对许多初选站址进行了实地踏勘。通过多次踏勘，初步对站址的适宜性进行分类，筛选出适宜性好区域（A区）、适宜性中等区域（B区）的站址[4]。

经过以上步骤，该采煤沉陷区光伏发电基地项目220kV汇集站选择了2-3个备选站址。后期，再根据场地地质条件、给排水条件、线路出线要求、工程实施难度、进站道路长度、工程投资合理性等，确定一个最优站址[4]。

2 汇集站站区布置

采煤沉陷区光伏发电基地项目220kV汇集站，为满足光伏发电片区生产需要而建设，并有少量运营人员值守，配套建有相应的生产办公设施，生产办公预制舱（构筑物）布置于站区的大门附近。220kV汇集站拟设计呈矩形，本期长135m、宽115m。

3 采空区评估及治理必要性

该汇集站工程位于采煤沉陷区，因地下采空区而产生不稳定的沉降，严重时会影响到地面汇集站内建（构）筑物的安全，进而影响电气设备的正常运行。

因此，在采空沉陷区汇集站选址初期，就开展站址稳定性评估及深层治理措施的探讨，非常重要。从选址阶段，就避开采空沉陷区影响较严重的区域，并对适宜建设汇集站站址提出对应的技术措施，能有效规避不利的采空沉陷地质。

4 采空沉陷区兴建建（构）筑物适宜性评估、治理措施简介

4.1 采空沉陷区兴建建（构）筑物适宜性评估

在采煤沉陷区或采空区上兴建建（构）筑物，我国已有相关规范规定了兴建建（构）筑物的适宜性问题，并且也有较多的成功实例可供借鉴。如果进行充分的计算分析，在满足建筑场地适宜性评估的基础上，采取有针对性的技术措施，在采煤沉陷区或采空区上兴建建（构）筑物是完全能够满足安全使用要求，是可行的[5]。

4.2 有关标准规定和要求

对于采煤沉陷区或采空区上兴建建（构）筑物的适宜性问题，部分标准均有相应的表述。

（1）《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）（2009年版）[6]。采空区宜根据开采情况、地表移动盆地特征和变形大小，划分为不宜建筑的场地和相对稳定的场地，并规定了不适宜作为建筑场地的地段和需要进行适宜性评估的地段。

（2）《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》（2017版）[7-8]。地表变形使建（构）筑物的基础及其结构产生附加应力，从而使建（构）筑物遭受到一定程度的损害。

（3）汇集站对沉陷变形的一般要求[9]。依据相关规程，汇集站主要建（构）筑物地基基础容许沉降值、倾斜等指标简述，见下表。该指标考虑了部分不同基础容许沉降量、容许沉降差（倾斜）的要求。

4.3 建（构）筑物建设适宜性分区标准

开采沉陷或采空区对建筑物的破坏影响主要通过地表倾斜、曲率和水平变形这三个指标作为评价的主要标准[4]。

评定建筑物采动后遭受的破坏和危险程度，一般是以建筑物是否仍能安全使用和结构是否受到破坏为依据来进行评定的。根据光伏领跑基地项目汇集站的主要建（构）筑物地基基础容许沉降值，倾斜等简述指标要求，依据《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）[6]、《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》（2017版）[7]和《采空区公路设计与施工技术细则》（JTG/TD31-03-2011）[8]，综合考虑采空沉陷区特点，可制定汇集站建设适宜性分区标准：适宜性好区域（A区）、适宜性中等区域（B区）、适宜性差区域（C区）、需要加强采空区勘探与处理区（D区）。

在采空沉陷区汇集站站址初选过程中，设计人员、煤炭开采及沉陷评估领域的专家一同对许多初选站址的适宜性进行分类，最后筛选出适宜性好区域（A区）、适宜性中等区域（B区）站址，去继续开展后期工作[7]。

4.4 治理技术措施简介

拟建区域内的新建建（构）筑物将受现有采空区或下组煤规划工作面采动变形影响，可能会对拟建建筑产生一定不利影响，可以采取井下开采技术措施、新建抗采动变形建筑物设计措施、建构筑物保护技术措施、沉降变形监测等，以确保新建建（构）筑物的安全。

5 结语

依托该光伏示范基地项目汇集站工程的建设经验，论述了采煤沉陷区汇集站选址过程、站址采空区评估及治理的技术措施[8-10]。从经验总结中，采煤沉陷区汇集站前期选址过程非常重要，直接影响后续的工程实施可行性、工期、投资成本，需予以重视。采煤沉陷区汇集站的深层地基处理措施，需依据现场的实际情况、工期要求、成本，综合比选，选择最优的可实施方案。在采煤沉陷区，采用技术手段，合理利用废弃的土地，规划、建设光伏发电基地，以达到有效治理与新能源开发的双赢目的，符合可持续发展的目标。