建立稳定的国家石油供给及石油战略储备体系是保障国民经济健康运行的重要前提,国际通用的标准石油储备天数为90天,我国现阶段仅为40天左右,能源安全形势严峻。相比于地面钢罐储油,地下水封洞库、地下盐穴及采空区储油具有:占地少、更安全、更环保、投资省等显著优点。我国已分三期规划建设国家石油储备基地,以往选址多以花岗岩、盐岩作为储存介质,利用硬石膏岩层作地下能源的储存介质,可为地下能源储存提供一种全新的方式,但其围岩稳定性则直接决定地下能源储库的成败。依托某深部石膏矿采空区作为地下石油储备库可行性研究项目,采用工程地质、室内试验、数值模拟相结合的研究方法开展研究,研究内容包括:库区工程地质特性、硬石膏岩石与岩体力学参数关系、不同状态下储库洞室群稳定性和能源储库洞室群优化布局等。论文的主要研究工作与成果如下:(1)开展工程地质调查研究,断层分布规律明显,无深大断裂;矿体厚度大,顶底板的水化淋浴带形成了天然的隔水屏障,矿体工程地质和水文地质条件符合要求。因此,无论是区位优势还是工程地质条件,研究区满足建库条件。(2)通过室内试验获得了硬石膏岩石力学典型参数,运用Hoek-Brwon经验准则和地质强度指标进行岩体力学参数估算,从不同空间尺度理清了硬石膏围岩岩石与岩体力学参数的折减规律,为洞室群围岩稳定性数值模拟提供参数依据。(3)建立数值仿真模型,利用有限差分方法,开展不同初始应力状态、不同储存压力状态和不同储存环境状态下的洞室群围岩稳定性研究,从围岩应力场、位移场、塑性区及单元安全系数法等不同角度对拟建能源储库矿区围岩稳定性进行了研究。(4)以满足围岩稳定性和洞室使用功能为目标,正交试验设计为基础,评价洞室群的立柱宽度、立柱高度和隔层厚度对围岩单元安全系数和塑性区体积及分布规律的影响,确定了恒泰硬石膏矿地下洞室群优化布局方案,实现洞库扩容的目的。