風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)工程與煤層采動(dòng)間相互影響的論證

本文格式為Word版，下載可任意編輯——風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)工程與煤層采動(dòng)間相互影響的論證1風(fēng)電場(chǎng)概況

風(fēng)電場(chǎng)位于xxxxx前進(jìn)林場(chǎng)的山上，屬山地地形，東西長(zhǎng)占地面積130444m2，場(chǎng)址平均海拔高度在500m左右。本工程選用方案WTG2，33臺(tái)單機(jī)容量為1500kW的風(fēng)電機(jī)組。風(fēng)電機(jī)組輪轂高度采用70m。風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)初擬為自然地基上的大塊體鋼筋混凝土板式基礎(chǔ)，直徑為16.4m，基礎(chǔ)埋深3.0m，邊坡1:0.5，基礎(chǔ)混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)為C35，基底下設(shè)200mm厚的C20素混凝土墊層；

2地基巖（土）承載力特征值

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)踏勘，結(jié)合當(dāng)?shù)亟ㄖ?jīng)驗(yàn)等，推薦各層地基巖（土）的承載力特征值fak的結(jié)果列于表2-1。

表2-1地基（巖）土承載力特征值層號(hào)角礫碎石塊石灰?guī)r（強(qiáng)風(fēng)化）花崗巖（強(qiáng)風(fēng)化）花崗巖（中等風(fēng)化）根據(jù)經(jīng)驗(yàn)及規(guī)范確定fak值(kPa)240～260280～350380～4503803501200推薦的fak值（kPa）240～260280～350380～45038035012003區(qū)域地質(zhì)采礦條件

通過(guò)對(duì)風(fēng)電場(chǎng)區(qū)內(nèi)的礦產(chǎn)資源實(shí)地調(diào)查及《xxxxxx找煤報(bào)告》、《xxxxx勘探地質(zhì)報(bào)告》等有關(guān)的資料收集整理分析研究說(shuō)明：風(fēng)電場(chǎng)部分區(qū)域下有煤層，煤層最小埋藏深度350米，平均厚度0.7~0.9米，傾角18°～３０°。區(qū)內(nèi)無(wú)大的斷層，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。區(qū)內(nèi)井下一般采用長(zhǎng)壁全陷法開采，下沉系數(shù)可達(dá)0.7～0.9。

4開采沉陷預(yù)計(jì)結(jié)果

4.1影響地表塌陷的主要因素

1．上覆巖層的性質(zhì)

在一致的開采條件下，巖性堅(jiān)硬且整體性較好的巖土層，塌陷后影響面積較大，但地表種種移動(dòng)與變形值相對(duì)較小，破壞程度較輕。巖性較弱且節(jié)理裂隙發(fā)育的巖土層，地表塌陷影響面積略小，但移動(dòng)變形值較大，破壞程度相對(duì)加重。

風(fēng)電場(chǎng)區(qū)內(nèi)煤礦主要開采近水平或傾角很小的煤層，直接頂板為厚度較大的堅(jiān)硬及極度堅(jiān)硬巖層所組成。使用長(zhǎng)壁式采煤法全部冒落處理采空區(qū)時(shí)，采空區(qū)頂板在自重和上覆巖層重力作用下彎曲下沉，當(dāng)其內(nèi)部拉力超過(guò)巖層強(qiáng)度極限時(shí)，便斷裂、破碎而冒落，冒落的矸石堆積在采空區(qū)內(nèi)直至支撐住上面巖層，形成冒落帶。上面巖層繼續(xù)彎曲、下沉，壓縮堆積的矸石，當(dāng)其彎曲下沉所產(chǎn)生的拉應(yīng)力超過(guò)該巖層的強(qiáng)度極限時(shí)，還要產(chǎn)生開裂，或者由于各巖層強(qiáng)度不同，彎曲下沉速度不同，巖層與巖層之間產(chǎn)生離層，形成裂縫帶。裂縫帶的巖層，在重力作用下，雖然仍會(huì)彎曲下沉，但是受到移動(dòng)空間的限制，彎曲下沉程度減少，可能不再開裂，形成彎曲下沉帶。假使采空區(qū)范圍相當(dāng)大，彎曲下沉帶一起可以發(fā)展到地面。移動(dòng)穩(wěn)定后，上位巖層及地表的最大下沉量可達(dá)煤層開采厚度的60~90%，甚至更高。

2．水文地質(zhì)條件和地質(zhì)構(gòu)造

假使覆巖和表土層含量較大，地表塌陷面積和塌陷區(qū)的破壞程度將有所增加。假使塌陷區(qū)內(nèi)靠近地表存在較大的斷裂構(gòu)造，則構(gòu)造斷裂帶附近將出現(xiàn)較大的移動(dòng)和變形破壞。

3．地形與微地貌特性

山區(qū)傾斜地表將產(chǎn)生附加采動(dòng)滑移，滑移方向指向下坡方向，因而凸形變坡部位將產(chǎn)生附加水平拉伸變形；山形地貌部位將產(chǎn)生附加的水平壓縮和正曲率變形。梯田的地棱邊、陡崖的邊緣附近常出現(xiàn)裂縫。

4．煤層開采條件的影響

煤層開采條件包括開采深度、開采厚度和煤層傾角。在其它條件一致時(shí)，地

表破壞程度與開采深厚比（H/M）呈反比函數(shù)關(guān)系；開采煤層的傾角影響變形塌陷范圍相對(duì)于采空區(qū)的位臵；傾斜煤層開采時(shí)，塌陷區(qū)將偏向下山方向。下山方向的移動(dòng)變形范圍和破壞程度將有所增加。

5．采煤與頂板管理方法的影響

地表塌陷范圍以及移動(dòng)、變形和破壞程度與煤層采空區(qū)的大小及煤炭采出率有某種正比關(guān)系。長(zhǎng)壁式大冒頂充分開采的下沉系數(shù)可達(dá)0.7～0.9；條帶式、房柱式等開采的下沉系數(shù)則與煤炭采出率有關(guān)，一般在0.3以下。顯然下沉系數(shù)愈小，地表破壞范圍和程度也就愈小。

6．開采次數(shù)影響

在其它條件一致時(shí)，重復(fù)開采的地表塌陷破壞程度比初次開采略大一些，原因是覆巖經(jīng)初次開采后，其穩(wěn)固性系數(shù)將有所降低，重復(fù)開采時(shí)其下沉系數(shù)有所增大。在充分開采條件下，一次重復(fù)開采的下沉系數(shù)可增加0.1左右，再次重復(fù)開采時(shí)，增加的幅度將顯著減小。

7．開采厚度與開采深度的影響

開采厚度對(duì)上覆巖層及地表的沉陷過(guò)程的性質(zhì)有重要的影響。采厚越大，冒落帶、導(dǎo)水裂縫帶高度越大，地表移動(dòng)變形值也越大，移動(dòng)過(guò)程表現(xiàn)得越猛烈，因此移動(dòng)和變形值與采厚成正比。

地表移動(dòng)值既與采厚成正比，又與采深成反比，所以常用深厚比（H/m）作為衡量開采條件對(duì)地表沉陷影響的粗略估計(jì)的指標(biāo)。深厚比越大，地表移動(dòng)變形值越小，移動(dòng)和變形就越平緩，深厚比越小，地表移動(dòng)與變形就越猛烈。在深厚比很小的狀況下，地表將出現(xiàn)大裂縫、臺(tái)階狀斷裂，甚至出現(xiàn)塌陷坑。

4.2采空塌陷穩(wěn)定分析

礦區(qū)內(nèi)煤層為長(zhǎng)壁全陷法開采時(shí)，覆巖相對(duì)堅(jiān)硬，采深大于500m，當(dāng)采用長(zhǎng)壁全陷法開采時(shí)，回采率達(dá)80%以上，塌陷區(qū)最大下沉點(diǎn)的下沉在3年左右基本趨于穩(wěn)定（依據(jù)6個(gè)月內(nèi)累計(jì)下沉值不超過(guò)30mm，認(rèn)為地表移動(dòng)期終止），剩下的變形就是剩余變形，雖然變形量不大，但是不均勻變形和年沉降速率依舊很大，發(fā)育地裂縫也是常有的現(xiàn)象。

1．開采安全深度計(jì)算

由于風(fēng)電機(jī)組沒(méi)有相關(guān)規(guī)定，所以根據(jù)《鐵路工程地質(zhì)手冊(cè)》推薦的計(jì)算方法，安全開采深度為H=K·M

H——安全開采深度（m）；K——安全系數(shù)，參考表2取值；M——礦層采出厚度（m）。

表2計(jì)算安全系數(shù)K值表

風(fēng)電場(chǎng)區(qū)域內(nèi)煤層傾角為一般18°～30°，現(xiàn)階段長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)可采一層煤，不考慮重復(fù)采動(dòng)，建筑物級(jí)別為I級(jí)時(shí)，K=175。主要可采煤層平均煤厚為0.7~0.9m。

則安全深度為H=157.5m；在區(qū)域內(nèi)煤層埋藏深度遠(yuǎn)大于煤的安全開采深度。2.最大下沉量預(yù)計(jì)

地表的下沉量與大量采礦因素有關(guān)，主要影響因素包括上覆巖性、采深、煤層厚度、傾角、采礦方法有關(guān)。最大下沉量的計(jì)算公式如下：

Wmax=MqcosɑWmax—最大下沉值；M—煤層厚度q—下沉系數(shù)ɑ—煤層傾角

一、根據(jù)工作面上覆巖層結(jié)構(gòu)確定預(yù)計(jì)參數(shù)

（1）上覆巖層巖性的確定方法

根據(jù)煤層附近區(qū)域的鉆孔資料，依照《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》的規(guī)定，結(jié)合本區(qū)域上覆巖層巖性的綜合評(píng)價(jià)系數(shù)P、地質(zhì)條件、開采技術(shù)條件等確定煤層上覆巖層巖性特征。

其中，系數(shù)P取決于覆巖巖性及其厚度，可用下式表示：

P??mQi1ni?m1ni

式中mi—覆巖i分層的法線厚度，m；

Qi—覆巖i分層巖性評(píng)價(jià)系數(shù),可由表3查得；當(dāng)無(wú)實(shí)測(cè)強(qiáng)度值時(shí)，Q0值可從表4查得。

表3分層巖性評(píng)價(jià)系數(shù)

巖性單向抗拉強(qiáng)度（MPa）≥9080706050403020＞10初次采動(dòng)Q00.00.00.050.10.20.40.60.80.9重復(fù)采動(dòng)Q10.00.10.20.30.450.70.80.91.0Q20.10.40.50.60.70.951.01.01.1巖石名稱很硬的砂巖、石灰?guī)r和粘土頁(yè)巖、石英礦脈、很硬的鐵礦石、致密花崗巖、角閃巖、輝綠巖硬的石灰?guī)r、硬砂巖、硬大理石、不硬得花崗巖堅(jiān)硬中硬較硬的