1.1.2　研究意义

水体下安全采煤是一种受控于多因素影响，并且具有非线性动力学特征的工程与水文地质和采矿复合动态的非常复杂的系统工作。目前，行业内研究人员主要根据《煤矿防治水细则》与《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规范》，以定性或半定量方法为主[15-16]，对其开采进行安全决策及可行性的评价。但是当覆岩厚度越来越薄，越来越接近松散含水层时，水文地质、工程地质及开采技术条件也越趋复杂，传统的方法往往不能考虑其影响因素的复杂性和多元性[17]。多准则决策分析引入地理信息系统学科已有20多年的发展历史了，已成为决策理论的一个重要分支。地理信息系统（GIS）经过近半个世纪的发展，已从传统的空间数据管理系统发展成为空间数据分析系统，并将最终向空间决策支持系统过渡，实现空间数据管理向空间思维的转变。结合地理信息系统和多准则决策分析技术，对水体下采煤安全性进行空间多准则决策，对矿井水害的防治有重要的指导意义。

在这种背景下，以近松散含水层下煤层开采条件、水文地质条件分析为基础，首次考虑松散含水层下部裂隙覆岩，受采动影响其应力与裂隙场的时空演化特征，通过实验开展采动覆岩应力和裂隙场的时间序列和空间序列分布特征研究，并对采动覆岩突水溃砂机理进行分析，同时基于时空分析方法归纳采动覆岩岩体应力、裂隙场等的时空变异特征及突水孕灾规律。基于空间决策理论，应用地质统计、空间统计分析等方法，构建突水溃砂决策准则体系，建立基于熵的采动覆岩突水溃砂空间多准则决策模型，实现采动裂隙覆岩突水溃砂危险性的快速定量化决策。并通过与其他方法的对比应用，讨论该决策模型的先进性以及与其他方法的差异性。

本研究对上述主要问题的研究意义包括：

（1）由于地下煤层的开采，导致覆岩的初始应力平衡受到破坏，岩体的力学性质与结构与采动前相比发生了重要的变化。岩体的原始应力平衡被破坏，岩体要达到新的平衡状态，岩体的应力、应变或能量必然会发生变化。而在此过程中，岩体内的应力随时空发生变化，岩体的各种参数也会发生变化，由于构造等因素的影响，导致采动裂隙岩体的变形、破坏过程具有不可逆和动态演化等特征。对采动覆岩应力进行时空可视化分析，有助于从时空角度提升人们对采动覆岩突水溃砂影响因素的认识。(https://www.daowen.com)

（2）采动覆岩中的岩体裂隙特征的时空演化研究，对于裂隙覆岩受采动而导致的突水溃砂的防治有重要的指导作用。而目前数值模拟技术的计算结果的可靠性均取决于岩体结构模型的正确与否以及裂隙参数的选取，岩体结构描述和岩体力学参数的选取一直是岩石力学研究领域的难点。对采动覆岩裂隙进行时空可视化分析，有助于从时空角度分析采动覆岩突水溃砂主要通道的影响因素。煤的沉积通常是多煤层的形式，大多数地下煤矿开采都面临多煤层开采情况，各个煤层具有不同的夹层厚度和地质条件，存在相互作用的可能性，多煤层开采交互作用也会产生其他安全问题。我国深部煤矿大多为多层煤层长壁开采，岩层的多次采动导致的岩层破坏更加复杂。因此准确评价覆岩在多次（重复）采动后的破坏演化，对防治水害和煤矿开采设计都具有重要意义。

（3）采动覆岩突水溃砂作为一个开放系统，在外部采矿活动与内部地质应力等各种因素的共同作用下，其覆岩的结构、应力状态等将发生变化，进而导致覆岩破坏，当破坏带导通上覆松散含水层时，就会发生突水溃砂灾害。建立基于熵的采动覆岩突水溃砂空间多准则决策模型，并开发相应的基于GIS的决策系统，可以实现采动裂隙覆岩突水溃砂危险性的快速定量化决策评价，对于矿井突水溃砂灾害的防治有重要指导意义。

（4）矿山绿色开采是可持续发展战略下的一种新型生产方式。自1992年联合国环境与发展会议提出“绿色矿山”开采生产后，这种生产方式在世界上许多国家和组织中得到了逐步推广。将该方法模型推广应用于其他工程，例如充填开采危险性的决策、岩溶承压含水层上开采危险性的决策等，并对比该决策模型的优越性以及与其他方法的差异性，研究该决策模型在其他工程地质、水文地质条件下对不同灾害决策的特点，对于矿井突水灾害评价与防治预测有重要的指导意义。