1.3　本书的研究内容和方法

1.3.1　主要研究内容

基于目前国内外研究现状及其存在问题和研究区煤炭开采实际，本书主要对以下内容进行研究：

（1）煤层上覆岩石渗透性与应力—应变耦合关系研究。利用岩石三轴压缩渗透试验，分析煤层上覆不同岩性岩石全应力—应变—渗透性规律，揭示煤炭开采过程中岩石渗透系数与应力—应变之间的相关关系和作用机理；应用孔隙弹性力学理论，建立三向应力条件下裂隙岩体渗透系数与应力—应变的三维耦合模型及关系式。

（2）煤炭开采上覆岩层变形破坏及其控制因素研究。采用物理模拟试验和数值模拟计算等方法研究不同顶板岩性组合结构下煤炭开采上覆岩层破断及裂隙演化规律，揭示超大工作面开采应力—位移变化规律及其控制因素影响规律；基于大量现场实测和物理模拟试验数据，建立西部煤炭规模开采条件下的导水裂隙带高度计算模型；分析不同煤柱错距的覆岩裂隙场演化规律，揭示隔离煤柱对覆岩运移和裂隙发育的控制作用。

（3）煤炭开采过程中工作面围岩渗透性分布规律研究。利用有限差分方法耦合渗透性与应力—应变的三维关系式，分析回采工作面围岩应力场、应变场、破坏场及渗透系数场分布，得出工作面围岩渗透性变化规律；分析开采因素和地质因素对采动岩层渗透性的影响规律；研究煤炭开采中顶底板渗透性动态变化过程，并探讨采空区垮落岩体渗透性恢复与地表下沉值的关系。

（4）煤炭开采上覆岩层渗透性分布评价及应用研究。基于孔隙率与碎胀系数的关系和覆岩下沉规律，推导采空区孔隙率及渗透系数分布计算模型，得出采空区冒裂带岩体孔隙率及渗透性分布特征，建立煤炭开采上覆岩层渗透性评价理论与方法，揭示煤炭开采上覆岩层渗透性分区、分带特征，并对研究区煤炭开采上覆岩层渗透性进行评价。以此为基础提出煤矿采空区储水量计算模型，计算大柳塔井田2-2煤层采空区储水量。

1.3.2　主要研究方法及技术路线

本书综合运用煤矿工程地质学、岩石（体）力学、岩体水力学和采矿工程等多学科知识，在系统收集研究区地质勘探资料、水文地质资料和矿山开采资料的基础上，通过实验研究、理论分析、物理模拟试验和数值模拟计算等综合研究方法，分析了不同岩性岩石全应力—应变—渗透性规律，并建立了裂隙岩体渗透系数与应力应变之间的耦合模型及三维关系式。研究了煤炭开采上覆岩层破断及裂隙演化规律和超大工作面应力—位移变化规律及其控制机理，建立了西部煤炭规模开采条件下的导水裂隙带高度计算模型；分析了不同煤柱错距的覆岩裂隙场演化规律，揭示了隔离煤柱对覆岩运移和裂隙发育的控制作用；阐明了煤炭开采顶底板岩层渗透系数场分布及其控制因素影响规律。基于采空区冒裂带岩体孔隙率及渗透性分布特征，建立了煤炭开采上覆岩层渗透性评价理论与方法，揭示了煤炭开采上覆岩层渗透性分区、分带特征，对研究区煤炭开采上覆岩层渗透性进行了评价。提出了煤矿地下水库库容计算模型，计算出了大柳塔煤矿2-2煤层地下水库不同储水水位时的库容。根据上述主要研究内容及其方法，本书采用的具体技术路线如图1-2所示。

图1-2　研究技术路线