地表建设光伏电站的矿井采空区治理方法与流程

本发明涉及矿井采空区治理方法，尤其是地表建设光伏电站的矿井采空区治理方法。

背景技术：

煤层开采后在矿井下方会形成采空区。由于采空区的存在，地表会产生一定的裂缝、移动与变形，在采空区影响范围内的新建各种构建物、设施等将产生一定的影响，甚至致使其损坏，不能正常使用，因此，要在矿井采空区地表建设构建物，往往需要对采空区进行治理。目前，在矿井采空区上方地表建设高速公路、高层住宅楼等重要性构建物，通常都是通过对建设区域下方所有影响的采空区进行全部注浆充填处理来实现对采空区的治理，但这样的治理方法极大地增加了建设成本。

光伏发电工程主要有汇集站、逆变器与箱变、高压输电线塔及广泛分布建设的光伏组件与光伏支架等构建物或设施。对于广泛分布的光伏组件与光伏支架，由于其对采煤沉陷区地表沉降变形不敏感，一般不需要对其下采空区进行治理。而汇集站、逆变器与箱变、高压输电线塔等零星分布的单体建构筑物虽然对采煤沉陷区地表沉降变形敏感，但相对于高层住宅楼、办公楼而言要求又要低许多。目前，现有技术中还没有一种适用于地表建设光伏电站的采空区治理方法。

技术实现要素：

本发明提供了一种地表建设光伏电站的矿井采空区治理方法。

本发明采用的技术方案如下：

地表建设光伏电站的矿井采空区治理方法，包括如下步骤：

（a）按拟建光伏电站构建物外围尺寸确定矿井地表保护范围；

（b）确定所述矿井地表保护范围内的沉陷数据，包括最大下沉量w、最大水平位移量ε和最大倾斜量i；

（c）通过钻探勘察获得保护范围内煤层地质数据和开采数据，包括煤层数量n及各煤层的厚度、埋深及开采情况；

（d）针对所述拟建光伏电站不同类别，根据下表判断准则，确认开采煤层采空区是否需要进行治理，三个判断指标中的一个满足时，即确认开采煤层采空区需要治理，而下沉量w、水平变形ε和倾斜量i三个指标值均满足时，保护范围内地表最大沉陷变形值才被认定是满足；

（e）根据下列公式计算得到综合治理角α，其中β是综合移动角，取70°-75°；

α=(90+ β)/2

（f）通过所述矿井地表保护范围边界及α，确定开采煤层采空区治理范围；

（g）针对不同的开采煤层分别判断采空区是否需要治理，在需要治理的情况下，分别确定治理范围；

（h）根据各开采煤层确定的采空区治理范围进行注浆作业。

在上述地表建设光伏电站的矿井采空区治理方法的步骤（a）中，所述拟建光伏电站构建物为汇集站时，外围尺寸根据四周建设围墙的外边界确定，所述拟建光伏电站构建物为其他类别时，外围尺寸根据基础外边界确定。

在上述地表建设光伏电站的矿井采空区治理方法的步骤（c）中，布置钻探勘查钻孔时，所述拟建光伏电站构建物为汇集站时，勘查钻孔布置5个孔，在保护范围中心及4个角点内侧5～10m处各布置1个孔，所述拟建光伏电站构建物为逆变器与箱变或高压输电线塔时，勘查钻孔在保护范围中心布置1个孔。

在上述地表建设光伏电站的矿井采空区治理方法中，经钻探勘察，确认的开采煤层数量n为5。

在上述地表建设光伏电站的矿井采空区治理方法的步骤（h）中，注浆作业又包括以下步骤：

（a1）开孔，并进行孔口管固管；

（b1）钻孔至第一层采空区底板，下注浆管，浆液配置，然后向所述第一层采空区注浆；

（c1）钻孔至第二层采空区底板，向第二层采空区注浆。

在上述地表建设光伏电站的矿井采空区治理方法中，浆液配比采用水：水泥：粉煤灰＝1：0.3：0.6～1.2，当采空区中掉钻高度大于0.3m时，先注入骨料。

在上述地表建设光伏电站的矿井采空区治理方法的步骤（h）中，还包括步骤（d1），在采空区注浆作业完成2个月之后，布置检查孔对采空区治理效果进行检测评估，检查孔数量为施工孔数的5%～10%，检查孔布置在两注浆孔中间位置，对灌注带取芯，查明采空区空洞、空隙、裂隙充填情况，并对试件进行室内单向抗压强度试验，当空洞充填率不低于85%，充填结石体强度不小于0.5 MPa时，评估认为治理满足要求。

本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

(1)本发明提供的地表建设光伏电站的矿井采空区治理方法, 由于以光伏电站单体建构筑物的基础外边界作为矿井地表保护范围，保护范围完全免除按建筑物保护等级考虑的维护带尺寸，因此，本发明能够有效降低治理成本及提高治理效率。

(2)本发明提供的地表建设光伏电站的矿井采空区治理方法,由于针对光伏电站不同类别的建构筑物，包括汇集站、逆变器与箱变、高压输电线塔等单体建构筑物或设施，确定了判断准则，因此，本发明确定治理采空区必要性上更有针对性，更大程度的控制了治理成本和提高了治理效率。

(3)本发明提供的地表建设光伏电站的矿井采空区治理方法，由于将采深采厚比、最小采深、地表最大下沉值、地表最大水平变形值和最大倾斜变形值作为光伏电站单体建构筑物下方采空区需否治理的判断指标，既考虑了影响因素的全面性，也考虑了权重影响，因此，本发明既能保证评价的准确度，也能兼顾评价对象的差异，有效保证评价的可靠性。

(4)本发明提供的地表建设光伏电站的矿井采空区治理方法，针对不同采空区分别确认治理必要性，避免对建构筑物下所有层采空区进行治理，并通过依靠综合治理角来确定采空区治理范围，因此，本发明在保证对光伏电站建构筑物保护目的的前提下更经济更快捷。

(5)发明提供的地表建设光伏电站的矿井采空区治理方法，由于通过钻探勘查获得拟建光伏电站下方存在采空区的状况，依据勘查结果确定需否治理并确定治理范围，治理完成后布置5%～10%注浆孔的孔数进行效果检测，综合评估采空区治理的效果，因此，本发明更加具备准确性，更能保证工程质量，保证采空区治理达到理想效果。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中

图1是本发明地表建设光伏电站的矿井采空区治理方法中拟建光伏电站和采空区结构示意图。

图中标记为：1-拟建光伏电站，2-矿井地表，3-第一层开采煤层，4-第二层开采煤层，5-第三层开采煤层，6-第四层开采煤层，7-第五层开采煤层。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

图1所示是本发明地表建设光伏电站的矿井采空区治理方法的优选实施例。

所述地表建设光伏电站的矿井采空区治理方法，包括如下步骤：

（a）按拟建光伏电站构建物1外围尺寸确定矿井地表2保护范围；

（b）确定所述矿井地表2保护范围内的沉陷数据，包括最大下沉量w、最大水平位移量ε和最大倾斜量i；

（c）通过钻探勘察获得保护范围内煤层地质数据和开采数据，包括煤层数量n及各煤层的厚度、埋深及开采情况；

（d）针对所述拟建光伏电站不同类别，根据下表判断准则，确认开采煤层采空区是否需要进行治理，三个判断指标中的一个满足时，即确认开采煤层采空区需要治理，而下沉量w、水平变形ε和倾斜量i三个指标值均满足时，保护范围内地表最大沉陷变形值才被认定是满足；

（e）根据下列公式计算得到综合治理角α，其中β是综合移动角，取70°-75°；

α=(90+ β)/2

（f）通过所述矿井地表（2）保护范围边界及α，确定开采煤层采空区治理范围；

（g）针对不同的开采煤层分别判断采空区是否需要治理，在需要治理的情况下，分别确定治理范围；

（h）根据各开采煤层确定的采空区治理范围进行注浆作业。

在步骤（a）中，所述拟建光伏电站构建物1为汇集站时，外围尺寸根据四周建设围墙的外边界确定，所述拟建光伏电站构建物1为其他类别时，外围尺寸根据基础外边界确定。

在本实施例中，拟建光伏电站构建物1为汇集站，四周建设围墙尺寸为58.6m×47m，其内建（构）筑物有：主变压器、主变引线构架、SVG变压器、接地变、消弧线圈、户外支架、事故油池、35m避雷针、防火墙、电缆沟、围墙、35kV一次设备舱、二次设备舱、SVG舱、生活设施箱房和值班箱房等。以汇集站四周建设围墙的外边界作为矿井地表保护范围，确定的地表保护范围为58.6m×47m。

在步骤（c）中，布置钻探勘查钻孔时，所述拟建光伏电站构建物1为汇集站时，勘查钻孔布置5个孔，在保护范围中心及4个角点内侧5～10m处各布置1个孔，所述拟建光伏电站构建物1为逆变器与箱变或高压输电线塔时，勘查钻孔在保护范围中心布置1个孔。

在本实施例中，所述拟建光伏电站构建物1为汇集站，勘查钻孔布置5个孔，在保护范围中心及4个角点内侧5～10m处各布置1个孔。

在本实施例中，经钻探勘察，确认的开采煤层数量n为5。

第一层开采煤层3开采深度平均为54.12m，近水平煤层，煤层厚1.00～3.00m，煤层平均厚度2.12m，掉钻量0.40～1.44m，平均1.09m；第二层开采煤层4开采深度平均83.58m，近水平煤层，煤层厚2.1～3.5m，煤层平均厚度2.55m，掉钻量1.00～2.00m，平均1.68m；第三层开采煤层5开采深度平均134.11m，近水平煤层，煤层平均厚度2.24m，实体煤，没有采空区；第四层开采煤层6开采深度为230m，煤层平均厚度为1.40m；第五层开采煤层7开采深度平均为283m，开采厚度平均为4.0m，为实体煤。

在本实施例中，矿井地表2保护范围内最大下沉为947mm，最大水平变形4.8mm/m，最大倾斜8.1mm/m。

由于第一层开采煤层3和第二层开采煤层4采空区深度均小于120m，采深采厚比小于50，因此，确定拟建汇集站地表下方第一层开采煤层3采空区和第二次开采煤层4采空区均需要治理。而第四层开采煤层6采空区不需要进行治理。

在本实施例中，保护范围内地表综合移动角β为74°，据此计算出的综合治理角α为82°。拟建汇集站地表保护范围为58.6m×47m，因此，第一层开采煤层3采空区治理范围为建构筑物外8m，第二层开采煤层4采空区治理范围为建构筑物外12m。

在本实施例的步骤（h）中，注浆作业又包括以下步骤：

（a1）开孔，并进行孔口管固管；

（b1）钻孔至第一层采空区3底板，下注浆管，浆液配置，然后向所述第一层采空区3注浆；

（c1）钻孔至第二层采空区4底板，向第二层采空区4注浆。

在本实施例中，浆液配比采用水：水泥：粉煤灰＝1：0.3：0.6～1.2，当采空区中掉钻高度大于0.3m时，先注入骨料。

在本实施例中，还包括步骤（d1），在采空区注浆作业完成2个月之后，布置检查孔对采空区治理效果进行检测评估，检查孔数量为施工孔数的5%-10%，检查孔布置在两注浆孔中间位置，对灌注带取芯，查明采空区空洞、空隙、裂隙充填情况，并对试件进行室内单向抗压强度试验，当空洞充填率不低于85%，充填结石体强度不小于0.5 MPa时，评估认为治理满足要求。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。