祁南煤矿采煤沉陷区光伏发电场地稳定性评价

朱晓飞 王康东

摘 要：在采煤沉陷区建设光伏发电项目可以达到采煤沉陷区有效利用与新能源开发的双赢目的。本文以祁南煤矿采煤沉陷区光伏发电项目场地为例，对采煤沉陷区进行了现状评价、预测评价，并对地基稳定性进行了评估。结果表明：规划站址适宜于光伏发电项目的建设。

关键词：祁南煤矿；采煤沉陷区；光伏发电项目；稳定性评价

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.22.065

1 引言

光伏发电具有显著的能源、环保和经济效益，因而成为国家能源政策的主要引导方向。2016年5月30日发布的《国家发改委、国家能源局关于完善光伏发电规模管理和实行竞争方式配置项目的指导意见》（发改能源[2016]1163号）中指出[1]：国家每年安排专门的建设规模组织建设光伏发电领跑技术基地，引导光伏技术进步和成本及电价下降；各地区可结合采煤（矿）沉陷区生态治理、设施农业、渔业养殖、工业废气地、废弃油田等综合利用工程，以具备一定规模、场址相对集中、电力消纳条件好且可统一实施建设为前提开展基地规划。2016年6月3日下发的《国家能源局关于下达2016年光伏发电建设实施方案的通知》（国能新能[2016]166号）中[2]，安徽的两淮采煤沉陷区光伏领跑技术基地的建设规模为100万千瓦。

2 研究区概况

安徽省宿州市是我国重要的煤炭生产基地，大规模的煤炭资源开发为国民经济和社会发展提供能源动力的同时，也产生了大面积的采煤沉陷区[3]。在采煤沉陷区废弃的土地上规划建设光伏发电项目是可行的，可以达到采煤沉陷区有效利用与新能源开发的双赢目的。根据太阳总辐射的年总量，我国将太阳能资源丰富程度分为四个等级[4]，即：资源最丰富、资源很丰富、资源丰富、资源一般；宿州市所在的安徽省属于资源丰富的地区，有利于建设太阳能发电电站。

安徽省能源局启动的2016年安徽省两淮采煤沉陷区的建设项目分布在淮南、淮北、阜阳、宿州等市境内共9个项目；晶科电力有限公司中标的《埇桥区采煤沉陷区北杨寨水面光伏电站项目（建设规模50MW）》，根据宿州地方政府选址调整意见，中标项目站址调整变更至大营镇耿湾村后王庄的祁南煤矿采煤沉陷区；其中，宿州市埇桥区蕲县20MW光伏发电项目，分布于祁县镇的白陈村，场地区域面积0.410km2；宿州市埇桥区大营30MW光伏发电项目，分布于宿州市埇桥区蕲县镇后王庄，场地区域面积0.502km2；两个拟选站址都主要位于祁南煤矿的采矿权范围内，位于矿权的西侧，并且站址范围内出现了不同程度的采煤沉陷。

由于采煤沉陷区会产生一定的地表移动与变形，甚至破坏，对采动影响范围内的建（构）筑物产生一定的影响，所以在地表建设光伏发电项目时，应对井下开采和地面建设的时空关系进行分析，对光伏发电项目场地稳定性进行评价[5-6]。

3 场地的稳定性评价

3.1 煤矿的地质条件分析

祁南煤矿位于安徽省宿州市埇桥区祁县镇境内，北距宿州市约23km，南距蚌埠市约70km [7]；北部以10勘探线与桃园煤矿相接，东部以F22断层与祁东煤矿相接，浅部以10煤层露头及井田边界为界，深部以32煤层-800m等高线平面投影及井田边界为界，走向长约10km，宽2.6～7.5km，矿区面积54.5822km2。区内地势平坦，无基岩出露，均为厚层新生界松散层所覆盖。矿区地层有奥陶系、石炭系、二叠系、第三系和第四系，地层厚度约1943m；祁南煤矿位于宿南向斜西南翼，为一走向近南北、至南部逐渐转至近东西、在转折部位向西南凸出，倾向东、至南部逐渐转至倾向北或北东的倾伏构造；本矿共有可采煤层10层，其中32、71、72、10四个煤层为本矿主要可采煤层。

3.2 场地所在采煤沉陷地的现状评价

祁南煤矿经经过长时间的开采，已形成大面积的采煤沉陷区，面积为20.46km2，其中，积水区面积约7.07km2，占沉陷区面积的25.75%；最大沉陷深度约5.9m。采煤沉陷这一地质灾害造成后王庄、八里顿庄、马炮楼、陈圩子、小陈家以及小江家等十几个自然村庄的房屋毁坏，严重的破坏了当地的地形地貌以及土地资源。蕲县20MW光伏发电项目的场地评估区位于祁南煤矿的西侧，整个评估区都位于祁南煤矿采煤沉陷的范围内，面积为0.410km2，其中沉陷深度<1.0m、1.0-2.0m、>2.0m的面积为0.247，0.150、0.013km2，分别占60.24%、36.59%、3.17%；地面沉陷的最大深度为2.5m，并且部分地区已经积水，积水深度为0-3m。大营30MW光伏发电项目的场地评估区也位于祁南煤矿的西侧，整个评估区都位于祁南煤矿采煤沉陷的范围内，面积为0.502km2，其中沉陷深度<1.0m、1.0-2.0m、>2.0m的面积为0.246、0.213、0.043km2，分别占49.00%、42.43%、8.57%；地面沉陷的最大深度为2.2m，并且大部分地区已经积水，积水深度为0-3m。

3.3 场地所在采煤沉陷地的预测评价

依据《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规范》（安监总煤装[2017]66号）[8]进行计算，预测祁南煤矿采煤沉陷区地面最大下沉深度（Wmax）为8.7m。根据沉陷区各块段不同点上的最大下沉深度值绘制出塌陷深度（0m、0.4m、1.0m、2.0m、3.0m、4.0m、5.0m、6.0m）等值线图，图2、图3是截取了包括评估区范围的2020年沉陷图、最终沉陷图；根据预测结果，评估区内最终塌陷深度仍然為2.2m。将评估区内的最终沉陷图和现状沉陷图作对比，认为：评估区最终沉陷深度和沉陷范围与现状沉陷情况变化较小，评估区内的沉陷基本处于稳沉阶段。

此外，针对祁南煤矿采权范围内的沉降进行了稳定性分析，区内选取了2025个沉降点，结合预测的2020年沉降等值线图与最终沉降等值线图，通过对比2015年与2020年的沉降变化，及2020年与最终的沉降变化，最后确定采权范围内的沉降稳定性情况。

图4、图5 、图6中选取了2025个沉降点，并一一比对分析，做出了如下沉降变化等值线图。

图中表明了沉降变化范围较大的几块区域位于祁南煤矿的中部、南部与东南部，西部沉降变化相对较小，基本处于稳定阶段，而本次拟建的区域位于祁南煤矿最西侧，区域沉降稳定，工程地质条件允许。

4 地基稳定性评估

在采煤沉陷区地表新建建（構）筑物时，由于新建建（构）筑物的荷载向地下有一定影响深度，同时，地下采煤会造成冒落带、裂隙带的形成和分布；如果地表荷载的影响深度与冒落带、裂隙带相互交叠时，就会破坏冒落带、裂隙带已经形成的平衡状态，引起采空区活化，使覆岩重新发生移动变形。因此，必须对项目场地的地基稳定性进行评估。

根据祁南煤炭资源赋存特点，第四系覆盖全区，厚度330～400m；按富水性特征划分为上部含水层段、中部隔水层段和下部含水层段。根据第四系下含水层段抽水试验资料，含水层富水性弱至中等，一般按留设防水安全煤岩柱考虑，因此，各煤层开采过程中导水裂缝带发育高度一般不会波及第四系底部。在局部区域，在经过水文地质探查后，可能进行过提高开采上限的工作，允许导水裂隙带波及第四系下部含水层段，但开采实践表明，当导水裂隙带进入第四系时，其发育高度迅速衰减，一般进入第四系高度≤10m。而地表建筑荷载影响深度不超过20m。这就说明，新建建（构）筑物的建筑荷载不会破坏采空区的稳定性，地表不会再次发生较大不均匀沉降。

5 结论

综合以上分析结果，通过收集的现状塌陷等值线图和预测塌陷等值线图，并结合本次工程的建筑物特点以及祁南煤矿的开采计划，预测在不改变现有的开采计划的情况下，规划站址处于基本稳定状态。因此，通过对场地的简单处理后，规划站址基本适宜光伏发电项目建设。

本次评价是在收集现有资料和矿山开采计划的基础上开展的，煤矿开采计划的改变可能导致场地稳定性的变化，因此，建议项目在建设前、建设过程中、建设之后与矿方加强沟通。

参考文献：

[1]发改能源[2016]1163号.国家发改委、国家能源局关于完善光伏发电规模管理和实行竞争方式配置项目的指导意见[Z].2016.

[2]国能新能[2016]166号.国家能源局关于下达2016年光伏发电建设实施方案的通知[Z].2016.

[3]张生，汪凤林，王秀云.宿州市采煤沉陷区综合治理分析[J].宿州学院学报，2015，30（11）：115-117.

[4]QX/T89-2008.太阳能资源评估方法[S].2008.

[5]李金华.信义金寨150MW光伏发电项目场地稳定性研究[J].安徽建筑，2016，23（04）：146-148.

[6]刘义新，张俊英，陈清通等.大同采煤沉陷区建设光伏电站地基稳定性评估及治理技术[J].煤矿安全，2017，48（10）：204-207.

[7]赵杰.祁南矿715工作面地表沉陷预计[J].煤.2015，24（11）：51-52.

[8]安监总煤装[2017]66号.建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规范[Z].2017.

作者简介：朱晓飞（1994-），男，安徽宣城人，学士，硕士研究生，研究方向：资源评价。