鄂尔多斯盆地是我国目前最大的产煤区,保有储量6589.9亿吨,占全国煤炭资源总储量的38.8%,预测储量占全国的65.5%,区内有陕北、神东、黄陇、宁东等国家大型煤炭开发基地,后备资源丰富,开发潜力大,是保障我国今后50～100年煤炭能源供给的主产区。近几年,鄂尔多斯盆地煤矿开采频发离层突水事故,由于突水征兆不明显、破坏力强、预警难度大,当水害发生时多造成工作面被淹、停采甚至人员伤亡,给煤矿企业带来巨大经济损失。离层发育与离层汇水、积水是离层水害产生的根本原因,因此采动覆岩离层动态发育特征及含水层响应机制研究对鄂尔多斯盆地离层水的形成机制、致灾机理及水害防治具有重要意义。论文以鄂尔多斯盆地营盘壕煤矿为研究区,将顶板巨厚白垩系作为主要研究对象,运用现场监测、室内试验、数值模拟、理论分析展开白垩系离层动态发育特征规律及含水层水位、渗透性、渗流场响应机制研究,取得如下成果:（1）提出磁环式深孔多岩层大变形分层沉降监测技术,实现了巨厚覆岩多离层动态发育原位监测。监测结果表明:开采煤层覆岩具有明显的工程地质岩组差异沉降特性,根据沉降趋势可将监测岩层分为白垩系上部岩层组、白垩系下部岩层组、安定组岩层组,岩层组间的不同步沉降是产生离层的原因,监测岩层中出现三处离层,埋深分别约为285m、365～402m、434m;离层发育可分为四个阶段,分别为缓慢发育阶段、快速发育阶段、稳定发育阶段、发育闭合阶段,岩层的破断会导致离层空间在覆岩中闭合与转移,呈现由低位向高位“跳跃”式转移发育规律;在离层发育阶段-稳定阶段,离层空间发育由垂向扩张变为水平扩展。对现有沉降磁环结构进行改进,提出了上箍下嵌式磁环设计,实现了监测仪器的重复使用。（2）提出巨厚覆岩含水层多离层发育-分层水压协同监测技术,揭示采动覆岩离层水形成特征。采用Bragg光纤光栅渗压计进行白垩系含水砂岩层分层水压原位监测,监测结果表明:不同埋深监测含水层水压变化受下部离层发育影响,离层空间发育,监测水压下降,离层空间充水结束,水压上升,随着煤层开采,离层空间逐渐扩展至监测孔下方,监测含水层向离层空间侧向水源补给转变为垂向水源补给,监测水压由缓慢下降变为快速下降;岩层弯曲导致离层空间扩张时含水层水位快速下降,而岩层破断导致离层空间转移时,含水层水位突然下降,此时易出现离层水涌突事故;在水压力及负压抽吸作用下,离层充水非常迅速,与离层形成基本同步。通过覆岩含水层水文长观孔数据分析了离层发育与导水裂隙带对覆岩含水层水位影响,揭示了鄂尔多斯盆地采动覆岩离层水非涌突白垩系水位下降机理,由此提出了覆岩离层水类型划分。（3）受采动影响,含水层渗透性增强会加速水资源向离层空间的汇集,为分析煤层开采含水层渗透性响应规律,对矿区白垩系砂岩进行轴向压缩伺服渗透试验,建立岩石应力-渗透率关系式,考虑应力-渗流耦合进行煤层开采白垩系渗透率变化三维数值模拟,得到了白垩系渗透性响应特征规律。室内试验结果表明:白垩系弱胶结砂岩渗透率变化可分为3个阶段,分别为渗透率缓慢增长阶段、快速增长阶段、破坏突跳阶段,根据渗透率不同阶段变化特征建立了应力-渗透率三段式耦合公式。数值计算结果表明在采煤进尺为400m左右,导水裂隙带高度达到最大,受煤层开采影响白垩系下部岩层渗透性会显著增大,渗透率增长为初始渗透率的1.5～5倍。（4）为分析采动离层含水层渗流场响应规律,建立营盘壕煤矿和海流兔河流域的双尺度数值模型,利用自由流动边界模拟离层发育对含水层渗流场的影响,并通过最大流出水量控制边界的开启与关闭。模拟结果表明:离层上方出现垂向水源补给区,含水层水位迅速下降,而侧向水源补给区水位下降相对缓慢;随着煤层持续开采,离层对已采区含水层水位形成叠加降深影响。基于含水层渗流场响应数值模型,分析了煤层开采高度、白垩系含水层渗透性、煤层开采速度等因素对含水层渗流场的影响。根据采动离层含水层渗流场响应特征,提出了离层发育含水层渗流场分区模型。（5）基于离层发育空间计算进行了离层发育白垩系含水层水量扰动分析。考虑离层空间体积变化特征,建立采动覆岩离层发育弹性薄板力学模型,提出了垂向扩张和水平扩展发育阶段离层体积计算公式,判断了主积水离层位置并计算了离层闭合白垩系破断距,研究结果表明在垂向扩张发育阶段离层体积增长缓慢,而在水平扩展发育阶段离层体积增长迅速。以崔木煤矿21301工作面离层突水为例对离层体积预测公式进行现场实际应用与检验。（6）基于泰斯井函数水位恢复模型分析了离层水非涌突水位恢复情况,研究结果表明:在恢复初始阶段,水位恢复较快,随着时间增长,周围含水层对垂向水源补给区水力补给强度降低,水位恢复逐渐减缓;计算得到白垩系含水层水位恢复98%所需时间为377d,在一个水文年内水位埋深可恢复到3.7m;在干旱半干旱区,随着地下水埋深增加,水生植物、中生植物逐渐向旱生植物退化,煤层开采可能对矿区植被生长造成一定影响。该论文有图98幅,表18个,参考文献200篇。