1.1.1 研究背景
（1）矿井突水的防治是煤矿安全生产需要解决的重大问题。
煤炭是我国的基础能源，为了满足国民经济高速增长的需求，今后相当长的时期内必须保证煤炭的安全开采。经过长期大规模的开采，我国中东部产煤区的浅部煤炭资源已逐渐枯竭，目前平均开采深度已达600m左右，并且以每年8～12m的速度向深部延伸。深部岩体中开采，表现出以冲击矿压、矿震、突水、顶板大面积垮落为代表的煤矿灾害事故[1-2]，与其相比，在浅部主要是由于开采煤体靠近松散含水层而易导致突水溃砂事故。近几年来，煤炭在能源生产和消费结构中的比例有所下降，但其主导地位没有发生根本性变化，煤炭行业仍然是我国国民经济高速发展的重要基础[3-6]，这一点可从图1-1看出。
图1-1 历年来煤炭产量与消费量
我国大部分煤田的水文地质条件都比较复杂，多种水体威胁到煤层的安全开采，煤矿安全生产和科学研究中的重要问题是矿井水害的防治。近年来的煤矿开采情况显示，全国受水害威胁的矿井占重点煤矿的48%，可采储量高达250×108 t的煤炭在开采时受水害的威胁。从近些年的煤矿实际生产开采情况来看，受矿井水害威胁的煤炭每年安全采出量仅为总储量的十分之一。因此，若无法安全开采这些受水害威胁的煤炭资源，不但会降低煤矿企业的经济效益，而且还会导致一些老煤矿提早停产关闭或废弃[7-8]。据统计，在过去的30多年里，全国就有250多对矿井因突水而淹没，同时，矿区水资源与环境受其影响而被破坏[9-11]。自2000年来，全国就发生各类突水灾害事故600余起，造成3500多人丧生，直接经济损失高达1000多亿元（表1-1）。我国煤矿的百万吨死亡率如图1-2所示。虽然近年来，煤矿重大水害事故数量及死亡人数总体上呈下降趋势，但仍造成重大的经济损失和一定的人员伤亡。
表1-1 2000—2017年间煤矿突水事故统计(https://www.daowen.com)
图1-2 全国煤矿百万吨死亡率
（2）采动覆岩诱发突水溃砂事故威胁矿井的安全生产。
煤层开采以后会打破岩体的原岩应力平衡状态，造成应力重分布，其结果就会造成顶板下沉、断裂破坏，裂隙向上发育，断裂带内岩体渗透性急剧增加，裂隙导通含水层，造成突水溃砂事故屡见不鲜。特别是近年来，水体下采煤渐渐成为浅部能源开发的热点问题。尤其是我国东部地区，浅部煤层上覆松散含水层和地表水，采掘过程中煤矿顶板水砂灾害日渐多发，这给矿井的安全生产带来很大威胁，严重制约着煤炭工业的发展。要保证煤炭资源开发的稳步发展，摆脱突水溃砂灾害的严重困扰，在水体下（包括地表水体和含水层）采煤时，防止水砂突涌，科学合理地设计开采上限，进行岩层控制和研究水砂混合流运移特性及其动力机制，是控制薄基岩厚松散层下采煤安全的关键问题之一，对保护矿工生命安全和国家财产具有重大的意义[12-14]。