大型煤炭基地水资源优化调度研究

我国大型煤炭基地水资源短缺和突水溃砂、疏排水资源浪费的现象并存，如何统筹兼顾，既充分利用地表水、地下水和矿区疏排水资源，又规避矿井突水溃砂灾害，是我国大型煤炭基可持续发展中普遍面临的科学问题。本申请拟以陕北侏罗纪煤田为研究区，借助于地下水动力学理论，设计虚拟开采井，实现不同汇水条件、降水、降水强度及采煤延伸距离下渗流场流线生成与动态跟踪模拟，在保证采煤安全的情况下，反演最优疏水量；并采用基于结构风险最小化原理的支持向量机法进行排水量预测；将疏排水纳入水资源调度范畴，运用改进多目标粒子群算法进行多水源分质优化调度研究；从煤炭资源-水资源-生态环境-社会经济反馈关系出发，对水资源优化调度方案进行评价，寻求煤炭资源开发、水资源可持续利用以及生态环境保护协调发展的最佳模式，旨在为我国大型煤炭基地煤炭资源-水资源-生态环境-社会经济系统协调发展提供技术支撑。

针对砂土基型的大保当榆树湾矿区，本次确定其煤岩物理力学参数、萨拉乌苏组生态潜水分布规律以及补径排条件；开展固-液耦合相似性材料模拟试验和数值模拟，在此基础上，进行疏水量优化设计以及矿坑涌水量预测，最后进行多水源优化调度。结果表明，采煤扰动下，岩层损伤裂纹的扩展方向总体向上，形式非常复杂，表现出断断续续的特征；冒落角度大致60°，冒落带高度大约130m，裂隙带高度大约70m，破裂过程为收缩性破裂；本次设定10m、12m以及14m等3个水位埋深情景，并通过RFPA数值模拟进行反演，获得冒落带和裂隙带总高度分别为187m、168m以及149m，当水位为14m时，最优疏水量为5.12×108m3，且裂隙带不会到达红土层。采用基于结构风险最小化原理的支持向量机法预测榆树湾矿区矿坑涌水量1.34×104m3/d；并将疏排水资源纳入水资源调度范畴，运用改进多目标粒子群算法进行区内多水源优化调度。