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目的

　　隨著人們對環(huán)境保護意識的加強，越來越清醒地認識到人類生存對環(huán)境的依賴性。水資源是人類賴以生存必要條件，但是，煤炭資源的高強度開采對水資源的破壞日趨嚴重，因此，開發(fā)既能防治突水災害,又能保護水資源的保水采煤技術，實現(xiàn)煤炭資源的綠色開采具有重要意義。本文以巖層控制的關鍵層理論為基礎，提出隔水關鍵層的理念，從隔水關鍵層的結構組成、變形特征、強度特征及巖性對阻隔水性能影響等方面著手，建立隔水關鍵層的礦壓力學模型，并進行系統(tǒng)的力學分析。

方法

　?。?）依據(jù)巖層的強度、剛度及阻隔水性能的差異性，給出了保水開采隔水關鍵層的科學定義。（2）依據(jù)煤系巖層分層性，以采場覆巖中的復合隔水關鍵層為例，建立了復合隔水關鍵層的復合梁模型。（3）采用經(jīng)典梁理論分析了不同巖層組合情況下的隔水關鍵層橫截面上的應力、變形規(guī)律，并由強度條件給出了不同巖層組合情況下隔水性能差異性。

結果

　　（1）提出了隔水關鍵層定義，包括3層含義：水源與工作面之間有明顯的較厚軟弱隔水層（例如厚表土層），則不易形成突水災害；假設煤層上部含水層在結構關鍵層的上方，或煤層下部含水層在結構關鍵層的下方，如果結構關鍵層采動后不破斷，則結構關鍵層可起到隔水作用，同時就是隔水關鍵層；如果結構關鍵層采動后會發(fā)生破斷，但破斷裂隙被軟弱巖層所充填，裂隙被彌合，不形成滲流突水通道，則結構關鍵層與軟弱巖層組合形成復合隔水關鍵層。（2）建立了隔水關鍵層的復合梁力學模型，給出了其橫截面上應力與變形的計算公式。(3) 對5層巖層組成的復合隔水關鍵層進行討論，得到了6種不同巖層組合情況下，橫截面上的應力及隔水關鍵層的變形特征，從結構可能破斷的模式評價了其隔水性能的差異性。（4）分析指出，如果考慮巖層破斷后若形成穩(wěn)定的結構，破碎的軟弱巖層可能充填破斷裂隙，仍然起隔斷滲流通道的作用，那么復合隔水關鍵層隔水性能需作進一步的滲流分析。

結論

　?。?）保水采煤的隔水關鍵層包括3層含義：即軟弱層巖性隔水、堅硬巖層結構隔水和裂隙通道彌合隔水。（2）隔水關鍵層的變形、破斷及阻隔水性能可通過不同巖性巖層組合而成的復合梁模型的力學分析得到。（3）通過對具有5層巖層組成的復合隔水關鍵層的強度和剛度分析，給出了不同巖性巖層組合的阻隔水能力判定。