随着我国煤炭生产重心不断西移,西部矿区在保障国家能源安全方面将发挥越来越重要的作用,亟需在保证安全与环境容量允许范围的前提下,经济高效采出煤炭,实现科学采矿。而复杂地质条件下煤矿水害防控是当前制约煤矿安全的重要难题。针对宁东矿区羊场湾煤矿复杂水文地质条件,通过地质勘察、水文地质渗流建模构建、工作面覆岩裂隙场相似模拟、围岩应力演化特征分析、煤层底板突水系数分析等方法,系统研究了采动影响下羊场湾煤矿水害形成机理,初步形成了羊场湾煤矿水害综合防控治理体系。研究成果对复杂水文地质条件煤矿的水害防控治理有重要的借鉴意义。主要研究成果如下:(1)总结了羊场湾煤矿水文地质条件及煤层埋藏条件。运用地质调研、钻孔抽水等多重了地质勘查技术,研究矿井及工作面受采掘破坏或者影响的含水层及水体、矿井及周边老空水分布状况及其概况。勘察资料反映出羊场湾煤矿水文地质条件和开采条件十分复杂。羊场湾煤矿二煤层开采主要充水水源是直罗组底部砂岩段至二煤顶板砂岩含水层组水和构造裂缝带充水,六煤层开采主要充水水源为第四系含水层水、二煤至八煤间煤岩层组粗砂岩砂岩含水层组水、二煤磁窑堡扩建井各区段采空区积水和Y142采空区积水。(2)揭示了考虑复杂水文条件的煤岩体宏观力学特性。开展自然和饱水状态的煤岩样压缩实验,对比不同状态下煤岩样的宏观破坏特征。饱水煤岩非稳定破坏阶段不明显,饱水煤样应力跌落时间较长且出现曲线呈现下凹型的双峰变化;此外,饱水煤岩内部裂隙更容易发生多次贯穿,更加破碎。饱水岩样的声发射信号特征要剧烈,振铃计数和能率数量级要高,说明饱水使煤岩发生多个阶段的破坏。借助相似模拟实验及热红外辐射监测,模拟宏观尺度下煤岩体裂隙场演化规律及破坏过程,为后续顶板水害防治提供科学依据。(3)确定了羊场湾煤矿真实开采环境下地下水的渗流规律及上覆围岩应力演化特征。采用MODFLOW软件建立高精度三维渗流模型,自编程序实现了对真实条件地下水运动的模拟,对真实条件下煤矿的涌水量进行了预测,计算结果显示,因为排水标高、所穿越的岩层、工作面面积等不同,工作面各回采段回采期间涌水量也不尽相同。如果不在回采前采区防治水工程措施,回采期间一分区涌水量最大值为81580.84m~3/d,最小值为617.60m~3/d。二分区涌水量最大值为35040.02m~3/d,最小值为733.80m~3/d。(4)明确了羊场煤矿水害发生的类型。得出了该矿1#井由矿井涌水为主导的复杂水文地质类型、2#井老空水分布为决定因素的复杂水文地质类型,这足以说明羊场湾煤矿一号井今后防治水工作的重点是矿井涌水量,二号井今后防治水工作的重点老空水。结合羊场湾煤矿现场钻孔数据及煤矿底板突水系数评价方法,基于克里格插值法修正了突水系数的插值计算方法。结果表明新方法可显著提高突水系数的计算精度,并预测羊场湾矿区底板突水危险区域北部<西部<东南部,为后续防治技术提供了研究基础。(5)形成了羊场湾煤矿复杂条件下水害综合防治体系。开展水文地质钻探、物探和化探工作;通过抽放水试验、测井预测工作面及矿井涌水量,掌握其变化和规律,总结以往各种防治水方法及应用效果,形成了顶板砂岩水疏放技术,初步得出适用于羊场湾煤矿特殊水文地质条件下的煤矿水害综合防控体系。相关研究成果可为类似矿区煤矿水害综合防治提供理论指导。