矿井地下水库破碎岩体运移的DEM-CFD耦合分析

张 村，宋子玉，赵毅鑫,，韩鹏华，滕 腾

( 1. 中国矿业大学( 北京 ) 共伴生能源精准开采北京市重点实验室，北京 100083；2. 中国矿业大学( 北京 ) 能源与矿业学院，北京 100083；3. 安徽理工大学 深部煤矿采动响应与灾害防控国家重点实验室，安徽 淮南 232001)

近年来我国煤炭去产能战略持续推进，煤炭主产区由东部地区逐渐向西部转移，西部矿区千万吨级别高强度开采矿井大量涌现。但西部矿区气候干燥，蒸发量是降雨量的6倍左右。再加之西部矿区高强度的开采，对本已脆弱的西部矿区生态水环境造成严重影响[1-2]。据统计，中国每年因煤炭开采破坏地下水约80亿t，而利用率仅25%左右，损失的矿井水资源相当于中国每年工业和生活缺水量( 100亿t )的60%[3]。因此，如何实现煤炭开发与水资源保护相协调，是西部煤炭科学开发的重大难题之一，也是矿区生态文明建设的核心内容。据此，顾大钊院士[3]提出了煤矿地下水库的概念和矿井水井下储存利用的理念与技术。目前该技术在神东矿区应用，已建成35座煤矿地下水库，储水量2 500万m3，供应了矿区95%以上的用水，并为周边产业供水，有助于西部矿区煤炭开采水资源保护利用。

矿井地下水库建设过程中，矿井采空区储水能力和矿井地下水库稳定运行是关键科学问题[3]。由于垮落带孔隙率高、渗透率大，是矿井地下水库最主要的库容体，垮落带的孔隙演化规律直接影响矿井水库的储水能力[4-7]。垮落带又作为矿井地下水库的主要承载体，与残留煤柱协同承载着上覆岩层的载荷确保矿井水库稳定运行[8-9]( 图1 )，垮落带破碎岩体遇水弱化导致覆岩下沉同样影响着矿井水库的储水能力。……