本方向旨在通过研究煤炭开采地下水运移与循环的基础理论，开展煤矿地下水库关键技术研发，探索我国西部生态脆弱区煤炭开采与水资源协调开发利用的有效技术途径。

1. 关键科学问题

（1）煤炭开采覆岩应力场、裂隙场和渗流场“三场”演化机理

分析煤矿开采后覆岩应力场分布特征及煤矿地下水库储水后覆岩应力场变化规律，研究煤炭开采后覆岩裂隙场演化规律及沉积作用形成稳定裂隙场的导水储水机理；探讨顶部含水层补给、侧向边界补给或顶部侧边界同时补给条件下的煤矿地下水库覆岩介质地下水渗流机制，分析煤矿地下水库覆岩介质长时空渗流特征演变规律及含水层与煤矿地下水库间饱和渗流与非饱和渗流特征分析，为煤矿地下水库水源预测和水库选址提供理论支撑。

（2）渗流-应力耦合条件下的煤柱坝体强度弱化机理及人工坝体劣化机制

分析煤柱坝体受采动应力作用后原生裂隙进一步发育形成的煤柱坝体应力-裂隙耦合状态，考虑坝体长期处于多场（动静应力场、裂隙场、渗流场）作用、多相（固、液、气）共存的复杂环境，探讨煤柱坝体在多场多相作用下的强度弱化过程，系统性研究多场多相作用煤柱坝体裂隙演化规律、损伤破坏特征，建立损伤模型，揭示损伤破坏机理；掌握多场多相作用下含有害离子（氟、氯、硫酸根等）水体的渗入坝体内部而引起的人工坝体劣化过程，分析多场多相作用人工坝体宏细观劣化特征及其与水分迁移的相互作用机制，揭示耐久性劣化机理，为煤矿地下水库坝体优化设计和水库安全运行提供理论基础和技术支撑。

（3）煤矿地下水库全生命周期风险孕育机制与安全防控

通过对煤矿地下水库坝体结构抗震稳定性、煤柱坝体和人工坝体连接处渗漏、采空区顶板垮落引起水波冲击、坝底渗漏、地下水库回灌等风险因子的识别与分析，揭示煤矿地下水库运行风险的孕育机制与传导路径，在此基础上结合坝体结构安全监测信息，动态评估煤矿地下水库各组成部分的风险水平；构建包括“风险监测预测—风险评估预警—风险应急调控”的煤矿地下水库风险应急调控理论框架体系，提出综合考虑坝体结构应力应变监测、人工坝体与煤柱坝体交界弱面渗流监测、水位动态监测、地震或矿震动力荷载监测等多指标动态安全监测体系，提出煤矿地下水库风险动态评估方法。

2. 主要研究内容

（1）煤炭开采覆岩“三场”演化机理研究

通过系统分析西部典型矿区煤-水空间分布特征，研究矿区煤岩层结构及其力学特征，探索煤炭开采覆岩“三场”（应力场、裂隙场和渗流场）演化规律，掌握煤炭开采扰动作用下地下水运移规律，掌握煤炭开采-地下水运移的相互作用及其主要影响因素，为煤矿地下水库建设提供理论基础。

（2）煤矿地下水库建设理论研究与关键技术研发

基于西部典型煤矿区水资源分布特征和采掘地质条件，重点研究煤矿地下水库选址评价、地下水库储水系数及库容动态演化特性、煤柱坝体结构参数优化、人工坝体结构和参数优化以及坝体损伤机理与结构安全、地下水库群水体调运模型等关键技术，形成煤矿地下水库建设的关键技术体系。

（3）煤矿地下水库安全运行理论研究与技术研发

针对西部典型矿区煤矿地下水库建设情况，聚焦水库长期运行过程中安全运行保障问题，掌握影响煤矿地下水库安全运行的主要因素，包括地下水库坝体稳定性、煤柱坝体和人工坝体连接处渗漏、采空区顶板垮落引起水波冲击、坝底渗漏、地下水库回灌、管网运行稳定性等，研发地下水库安全智能监测与预警技术，构建煤矿地下水库安全稳定评价体系，制定煤矿地下水库应急处理预案，为保障煤矿地下水库安全运行及对矿区提供稳定水源奠定基础。