简要信息
【获奖类型】应用特等奖
【任务来源】水利部
【课题编号】岩-020388
【项目起止时间】2005年1月~2005年11月
【完成单位】岩土所
【主要完成人】汪小刚、贾志欣、包正明、段庆伟、杨健、武雄、徐能熊、赵金明、郑高升、赵世晨、王俊杰、李学东、李新强、赵宇飞、余卫平
研究背景
随着地下矿产的不断开采，我国地下矿产可利用资源越来越少，而国民经济的需求却越来越大。一些水利工程（如水库、大坝、堤防）下压有大量的优质煤炭资源。在当前矿产资源十分紧缺的情况下，合理地开采和利用一些水利工程（如水库、大坝、堤防）下压有的大量优质煤炭资源，已成为当务之急。
但是，地下矿产的开采往往会对地面水利工程设施及生态环境造成一定的不利影响，虽然对“三下”（建筑物、水体、铁路）开采煤炭部门已进行过不少研究，但在研究角度、思路、方法、内容上都具有很大的片面性，其主要目的是保证安全采煤，很少关注到水利工程设施本身的结构特点和重要性，大多未涉及到开采对水利工程设施安全运行及库区环境的影响。如何在保证水利设施安全运行的同时，使地下矿产（煤炭）资源得到合理的开发利用，是摆在广大科研工作者面前的重要问题，也是影响到当前社会环境的大问题，因此开展相关方面的研究具有重大的社会意义和经济意义。
研究内容
主要研究内容包括：
（1）矿区上覆岩土层工程地质特性的研究
该项研究在认真分析矿区及相关部门已有工程地质勘察资料的基础上，采取宏观推测、反演分析及工程类比相结合的综合手段和方法来确定研究区域的工程地质特性，为后续分析评价工作提供依据。
（2）矿区上覆岩土体力学性质时间效应的研究
该项研究通过对相近矿区长期原位监测资料的系统整理，运用正、反演分析技术，同时结合类似工程的经验，建立岩土体力学性质的时间效应模型。
（3）矿区三维数字工程地质模型建立方法的研究
本项研究在已有工作的基础上开发和建立一套三维建模的计算机软件，以提高大尺度空间建模的工作效率和准确性。该软件不仅可直观地显示出区域内各种复杂地质构造和分区开采的空间分布特征，而且能够方便地转换为计算分析所需要的数值模型。
（4）矿产开采引发地表变形及其对堤坝安全影响规律的研究
该项目将综合采用传统采矿工程的分析方法和先进的数值模拟计算技术，系统研究地下矿产开采造成地表变形的平面范围、深度及变形规律，同时，充分考虑水利工程的特点，深入研究矿产开采对堤坝安全带来的不利影响，提出一套切合实际的分析评价方法。
（5）矿产开采引发水库渗漏问题的研究
该研究采用现场测试、水质分析、涌水量统计和数值模拟相结合的手段，综合确定“两带”的发育高度；通过对库区渗流场变化规律的分析研究，对水库渗漏、库水位骤降的可能性与程度做出合理可靠的分析评价。
（6）减少或避免矿区开采不利影响综合防治措施的研究
该研究在上述研究成果的基础上，深入研究各种防护措施（如采区布置、开采方式和时间，采空区回填，建筑物加固等）的作用效果和适用性，通过经济技术的综合比较，提出适合不同工程特点的防护方案；形成一套适合于水利工程设施下矿产开采的综合防治措施。
创新点
项目的主要创新点包括：
（1）以往对水利工程设施下采煤的研究，重点是从煤炭生产的角度出发，把保护矿井本身和最大限度地开采煤炭资源作为主要目的，较少涉及到开采活动对水利工程设施安全运行及库区环境的影响。该项研究将两者作为一个有机的整体结合起来，研究解决如何在保证水利工程设施安全运行的前提下，合理开发煤炭等矿产资源这一重大现实问题，符合资源开采与环境保护协调发展的原则，符合可持续发展的观点，具有广泛的社会意义。
（2）以往对水利工程设施下采煤的研究，主要集中在煤炭系统，在研究角度思路、方法手段和内容上具有一定的局限性和片面性。该项研究则突出强调了采矿、地质和水利等学科之间的相互交叉、相互结合，采用了现场调查测量、理论分析、试验研究和数值模拟的综合手段，形成了一套在水利工程设施下矿产开采对其安全影响的评价方法，大大提高了成果的可靠性，具有明显的特色，在深度和广度上都是前所未有的。
应用前景及社会经济效益
该项研究结合岳城水库下及淮南防汛堤下煤炭开采的可行性论证，充分考虑水利工程的特点，系统研究了矿产资源开采对水利工程设施安全运行和周边环境带来的不利影响及防治措施，在此基础上，建立了一套水利工程下矿产开采对其安全影响的评价方法及合理可行的防护方案。这些成果不仅解决了工程的燃眉之急，为行业主管部门决策提供了重要的科学依据，而且对其它类似工程也具有重要的指导和参考意义，无疑具有重大的工程实用价值和广阔的推广应用前景。该项研究关于申家庄煤矿库下采煤和新集杨村煤矿堤侧采煤的研究成果已在实际工程中得到应用，取得了巨大的经济效益。同时，该项研究的研究内容也是目前岩土工程领域的热点问题，相关研究成果还会对学科的发展起到重要的推动作用，具有广泛的社会意义。
