煤炭资源开采对水利工程安全运行影响的机理与评价方法研究

我国对煤炭资源的消费占一次能源构成的70％左右。鉴于我国浅部易采煤炭资源几近枯竭和深部开采工艺还存在不少问题的现状，为了生产的接续，提高资源的回收率，实现能源的可持续发展，必须对一些储量很大的压占资源进行开采，比如说水利工程下就压有大量煤炭资源。国内外对压占煤炭资源开采引发的地表移动规律研究主要集中在弹塑性分析上，对流变效应方面的研究成果极少，特别是在"压密"流变变形研究方面基本属于空白；采场上覆岩土体及地表开采前、后的水文地质参数变化规律以及导水裂隙带发育高度和范围的判别标准等研究方面存在很大不足；也没有切实可行的对受采动影响的水利工程的安全运行能力和环境损伤程度进行综合评价的方法和技术。如何在保证水利工程安全运行和资源开发引起的环境破坏效应在可承受范围内，合理地、尽可能地开发煤炭资源是一个非常现实的问题，因此，本项目的研究具有重要的理论意义和实际应用价值。

针对如何在保证水利工程安全运行和资源开发引起的环境破坏效应在可承受范围内，合理地、尽可能地开发水体下压覆煤炭资源这一现实问题，项目组在以下方面做了深入系统的研究：（1）以安家岭矿4106与9006工作面为工程实例，进行了相似材料模拟实验，采用传统经纬仪对设置的测点进行了观测，并对观测结果和精度进行了分析，对上覆岩层与地表的移动与变形规律、破坏场、监测点速率、沉降量与推进度的关系以及地表移动的时间效应进行了较详细的分析；（2）对于导水裂隙带发育规律的确定，采用数值模拟方法，结合现场测试等其他方法是行之有效的手段，但由于没有具体的判别指标，导致计算结果的合理性存在很大的问题。结合申家庄煤矿在岳城水库库区下进行开采的生产实例，采用目前流行的ANSYS-2D、FLAC-2D和FLAC-3D程序对导水裂隙带发育规律进行了分析计算，结合现场实测和经验公式计算结果，认为ANSYS-2D宜采用覆岩主应变指标来确定，FLAC-2D宜采用覆岩应力状态来确定、FLAC-3D宜采用覆岩应变增量（曲率）指标来确定，并在此基础上对地表移动流变进行了预测研究；（3）针对岳城水库库区及周边采煤对水库安全运行影响开展了现场监测工作，监测内容包括地表移动、地下水位动态变化、矿井涌水量、库区水位与水质以及大坝表面位移。通过综合分析监测数据，并结合上述研究结果，建立了一套对受采动影响的水利工程的安全运行能力和环境损伤程度进行综合评价的技术体系，开发完成了监测信息与管理平台。项目研究成果可以为经济合理地解决地下开采、保护水利工程以及保证矿井安全生产提供有效的技术支持，对于合理开发与利用地下煤炭资源，延长矿井服务年限，挖掘现有煤矿的生产潜力，增加矿井产量具有十分重要的应用价值。