风力发电场工程与煤层采动间相互影响的论证

本文格式为Word版，下载可任意编辑——风力发电场工程与煤层采动间相互影响的论证1风电场概况

风电场位于xxxxx前进林场的山上，属山地地形，东西长占地面积130444m2，场址平均海拔高度在500m左右。本工程选用方案WTG2，33台单机容量为1500kW的风电机组。风电机组轮毂高度采用70m。风机基础初拟为自然地基上的大块体钢筋混凝土板式基础，直径为16.4m，基础埋深3.0m，边坡1:0.5，基础混凝土设计强度等级为C35，基底下设200mm厚的C20素混凝土垫层；

2地基岩（土）承载力特征值

根据现场踏勘，结合当地建筑经验等，推荐各层地基岩（土）的承载力特征值fak的结果列于表2-1。

表2-1地基（岩）土承载力特征值层号角砾碎石块石灰岩（强风化）花岗岩（强风化）花岗岩（中等风化）根据经验及规范确定fak值(kPa)240～260280～350380～4503803501200推荐的fak值（kPa）240～260280～350380～45038035012003区域地质采矿条件

通过对风电场区内的矿产资源实地调查及《xxxxxx找煤报告》、《xxxxx勘探地质报告》等有关的资料收集整理分析研究说明：风电场部分区域下有煤层，煤层最小埋藏深度350米，平均厚度0.7~0.9米，倾角18°～３０°。区内无大的断层，结构简单。区内井下一般采用长壁全陷法开采，下沉系数可达0.7～0.9。

4开采沉陷预计结果

4.1影响地表塌陷的主要因素

1．上覆岩层的性质

在一致的开采条件下，岩性坚硬且整体性较好的岩土层，塌陷后影响面积较大，但地表种种移动与变形值相对较小，破坏程度较轻。岩性较弱且节理裂隙发育的岩土层，地表塌陷影响面积略小，但移动变形值较大，破坏程度相对加重。

风电场区内煤矿主要开采近水平或倾角很小的煤层，直接顶板为厚度较大的坚硬及极度坚硬岩层所组成。使用长壁式采煤法全部冒落处理采空区时，采空区顶板在自重和上覆岩层重力作用下弯曲下沉，当其内部拉力超过岩层强度极限时，便断裂、破碎而冒落，冒落的矸石堆积在采空区内直至支撑住上面岩层，形成冒落带。上面岩层继续弯曲、下沉，压缩堆积的矸石，当其弯曲下沉所产生的拉应力超过该岩层的强度极限时，还要产生开裂，或者由于各岩层强度不同，弯曲下沉速度不同，岩层与岩层之间产生离层，形成裂缝带。裂缝带的岩层，在重力作用下，虽然仍会弯曲下沉，但是受到移动空间的限制，弯曲下沉程度减少，可能不再开裂，形成弯曲下沉带。假使采空区范围相当大，弯曲下沉带一起可以发展到地面。移动稳定后，上位岩层及地表的最大下沉量可达煤层开采厚度的60~90%，甚至更高。

2．水文地质条件和地质构造

假使覆岩和表土层含量较大，地表塌陷面积和塌陷区的破坏程度将有所增加。假使塌陷区内靠近地表存在较大的断裂构造，则构造断裂带附近将出现较大的移动和变形破坏。

3．地形与微地貌特性

山区倾斜地表将产生附加采动滑移，滑移方向指向下坡方向，因而凸形变坡部位将产生附加水平拉伸变形；山形地貌部位将产生附加的水平压缩和正曲率变形。梯田的地棱边、陡崖的边缘附近常出现裂缝。

4．煤层开采条件的影响

煤层开采条件包括开采深度、开采厚度和煤层倾角。在其它条件一致时，地

表破坏程度与开采深厚比（H/M）呈反比函数关系；开采煤层的倾角影响变形塌陷范围相对于采空区的位臵；倾斜煤层开采时，塌陷区将偏向下山方向。下山方向的移动变形范围和破坏程度将有所增加。

5．采煤与顶板管理方法的影响

地表塌陷范围以及移动、变形和破坏程度与煤层采空区的大小及煤炭采出率有某种正比关系。长壁式大冒顶充分开采的下沉系数可达0.7～0.9；条带式、房柱式等开采的下沉系数则与煤炭采出率有关，一般在0.3以下。显然下沉系数愈小，地表破坏范围和程度也就愈小。

6．开采次数影响

在其它条件一致时，重复开采的地表塌陷破坏程度比初次开采略大一些，原因是覆岩经初次开采后，其稳固性系数将有所降低，重复开采时其下沉系数有所增大。在充分开采条件下，一次重复开采的下沉系数可增加0.1左右，再次重复开采时，增加的幅度将显著减小。

7．开采厚度与开采深度的影响

开采厚度对上覆岩层及地表的沉陷过程的性质有重要的影响。采厚越大，冒落带、导水裂缝带高度越大，地表移动变形值也越大，移动过程表现得越猛烈，因此移动和变形值与采厚成正比。

地表移动值既与采厚成正比，又与采深成反比，所以常用深厚比（H/m）作为衡量开采条件对地表沉陷影响的粗略估计的指标。深厚比越大，地表移动变形值越小，移动和变形就越平缓，深厚比越小，地表移动与变形就越猛烈。在深厚比很小的状况下，地表将出现大裂缝、台阶状断裂，甚至出现塌陷坑。

4.2采空塌陷稳定分析

矿区内煤层为长壁全陷法开采时，覆岩相对坚硬，采深大于500m，当采用长壁全陷法开采时，回采率达80%以上，塌陷区最大下沉点的下沉在3年左右基本趋于稳定（依据6个月内累计下沉值不超过30mm，认为地表移动期终止），剩下的变形就是剩余变形，虽然变形量不大，但是不均匀变形和年沉降速率依旧很大，发育地裂缝也是常有的现象。

1．开采安全深度计算

由于风电机组没有相关规定，所以根据《铁路工程地质手册》推荐的计算方法，安全开采深度为H=K·M

H——安全开采深度（m）；K——安全系数，参考表2取值；M——矿层采出厚度（m）。

表2计算安全系数K值表

风电场区域内煤层倾角为一般18°～30°，现阶段长时间内可采一层煤，不考虑重复采动，建筑物级别为I级时，K=175。主要可采煤层平均煤厚为0.7~0.9m。

则安全深度为H=157.5m；在区域内煤层埋藏深度远大于煤的安全开采深度。2.最大下沉量预计

地表的下沉量与大量采矿因素有关，主要影响因素包括上覆岩性、采深、煤层厚度、倾角、采矿方法有关。最大下沉量的计算公式如下：

Wmax=MqcosɑWmax—最大下沉值；M—煤层厚度q—下沉系数ɑ—煤层倾角

一、根据工作面上覆岩层结构确定预计参数

（1）上覆岩层岩性的确定方法

根据煤层附近区域的钻孔资料，依照《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》的规定，结合本区域上覆岩层岩性的综合评价系数P、地质条件、开采技术条件等确定煤层上覆岩层岩性特征。

其中，系数P取决于覆岩岩性及其厚度，可用下式表示：

P??mQi1ni?m1ni

式中mi—覆岩i分层的法线厚度，m；

Qi—覆岩i分层岩性评价系数,可由表3查得；当无实测强度值时，Q0值可从表4查得。

表3分层岩性评价系数

岩性单向抗拉强度（MPa）≥9080706050403020＞10初次采动Q00.00.00.050.10.20.40.60.80.9重复采动Q10.00.10.20.30.450.70.80.91.0Q20.10.40.50.60.70.951.01.01.1岩石名称很硬的砂岩、石灰岩和粘土页岩、石英矿脉、很硬的铁矿石、致密花岗岩、角闪岩、辉绿岩硬的石灰岩、硬砂岩、硬大理石、不硬得花岗岩坚硬中硬较硬的