群矿采煤驱动下含水层结构变异对区域水循环影响机制研究

煤炭开采造成含水层结构变异，尤其是群矿开采导致区域含水层空间结构非均质演化，已经严重影响了区域地下水循环演化态势，这是矿区地下水资源短缺和破坏的根本原因。本项目围绕采动裂隙时空演化规律与含水介质非均质性响应机制、水文地质结构演化与地下水流模式耦合效应这两大关键问题，以水循环理论和流固耦合理论为指导，以采动裂隙的时空演化为切入点，开展采动裂隙时空演化对采煤影响范围含水层结构变异影响研究、群矿采煤驱动下盆地范围含水层空间结构非均质演化特征研究、群矿采煤驱动下含水层空间结构非均质对区域水循环影响研究、采煤驱动下盆地范围地下水资源演化趋势研究等四方面的研究工作，揭示煤层开采后地下水资源再分布特点、变化规律和可利用程度。本项目研究将发展人类活动对水循环影响研究的新理论，开拓多变环境下区域水循环研究的新方向，对矿区地下水资源的可持续利用和采煤保水具有重要的科学价值和社会意义。

经济快速发展需求下高强度煤炭资源开发已经造成含水层结构发生变异，导致区域含水介质非均质性动态演化，严重影响了地下水循环演化态势，这是煤矿区地下水资源短缺和破坏的根本原因。从采动引起的覆岩移动入手，研究了采煤引起含水层结构变异厚度及其渗透性非均质演化特征；在此基础上，研究了采煤引起水位动态特征；根据采煤引起当地含水层结构变异和水资源分布情况，确定含水层结构变异对区域水循环影响机制，并圈定了采煤对研究区水资源影响程度分区范围，引入新指标，重新评价了地下水分布特征。.（1）从水文地质的角度出发，提出了关键隔水层的概念，由此确定了含水层结构变异厚度的判断依据：当岩层厚度M满足-(5σ_v l^4)/384EJ≥M-∑_(j=1)^(i-1)▒〖h_j （k_j-1）〗时，该岩层所在位置即为变异含水层厚度。以关键隔水层为界，将含水层空间结构分为水位波动带和水位骤降带。.（2）水位波动带中含水层结构基本上遵循原岩结构体，水位随采煤经历下降期和回升期；采煤影响范围比非影响范围内渗透性大5—15倍，水位骤降带裂隙发育呈分区特征，分为垮落储水区、裂隙渗透区、裂隙强径流区和离层管流区。并从理论上提出了水位骤降带储水极限量和储水实时量的数学表达式。.（3）建立了人类剧烈活动影响下 “变结构”的盆地尺度水文地质模型，研究认为开采前含水层结构完整，为径流排泄型水循环模式。开采后改变了地下水赋存条件，采动裂隙发育改变了隔水层的作用，中间水流系统地下水流向采空区，形成层间疏干区，中循环逐渐过渡为深循环，使得中间水流系统消失，整个区域水流系统发生了根本变化。.4、基于GIS—AHP耦合方法，引入降水量、涌水量、采空区面积、含水系数、采煤量等实时指标，对群矿采煤驱动下含水层结构变异对研究区地下水资源影响实时动态评价，根据评价结果将研究区分为：严重影响区、较重影响区、中等影响区、一般影响区。