近年来,随着我国西部煤炭资源的大规模开发利用,由矿井顶板水害引发的安全问题日益严峻。目前,针对顶板水害相关问题的研究还存在诸多不足,主要表现在巨厚层状非均质含水层垂向水文地质性质差异性特征、综放采煤工作面顶板导水裂隙带发育规律、采煤工作面煤层顶板含水层涌水机理、工作面和矿井涌水量预测的水文地质概念模型和计算方法等方面。黄陇煤田彬长矿区属于典型的煤层顶板非均质巨厚砂岩含水层充水类型的矿井。以高家堡井田首采区为例,具有煤层巨厚（为3.00¹8.13 m,平均为10.75 m）且埋深较大（约1 km）、洛河组砂岩含水层巨厚（为318.00⁵09.93 m,平均为400.35 m）且强富水（单位涌水量q最大为2.248 L/（s·m））、含水层与煤层之间的间距较小（为31.81¹60.30m,平均为84.02 m）、含水层水压力较大（井下钻孔实测洛河组水压力可达7.4MPa）、工作面和矿井涌水量持续较大（单个工作面最大涌水量可达1200 m³/h,目前矿井涌水量已大于3000 m³/h且仍未稳定）等特点,且矿井水害已经成为制约矿井生产和威胁矿井安全的首要问题。因此,开展矿井顶板水害形成条件、涌水机理及涌水量预测理论与方法等问题的研究,具有重要的理论意义、社会意义和经济意义。本论文以高家堡井田为重点解剖区,系统、深入地开展了巨厚洛河组砂岩含水层垂向水文地质特征差异性、上覆含水层向工作面充水机理及工作面涌水量预测理论与方法研究。本论文以黄陇煤田彬长矿区的高家堡井田为典型研究区域,通过水文地质特征和含水层之间水力联系对比分析,对巨厚洛河组砂岩含水层垂向水文地质特征进行了精细刻画与研究;采用井下上仰钻孔注水测漏法、“井-地”联合微震监测与数值模拟等方法对典型采煤工作面顶板导水裂隙带发育规律进行了原位测试研究;对综放采煤工作面煤层顶板导水裂隙带发育规律及其控制因素进行了研究;采用地下水动力学与矿井水文地质学的基本理论与方法,对层状非均质承压含水层水向采煤工作面渗移运动规律,含水层向工作面涌水机理及涌水量预测理论与方法开展了研究,并进行了工程示范应用,取得了如下创新性成果。（1）首次将研究区洛河组含水层垂向上划分为上、中、下三段,获得了洛河组垂向水文地质特征及其差异性,深化了对洛河组含水层水文地质特征的认识。研究成果表明:洛河组上段与下段岩性主要为砂泥岩互层,平均厚度分别为77.52m和72.57 m,中段则以细、中、粗粒砂岩为主,平均厚度为236.95 m;地层平均孔隙率上段为10.82%¹6.69%,中段为19.21%²3.63%,下段为12.45%¹8.18%;地下水位上段为+925.75⁺925.99 m,中段为+928.26 m,下段为+926.36⁺926.52 m;水温上段为28²9℃,下段为35³7℃,中段介于29³5℃之间;上段K=1.113 3¹.487 4 m/d,中段K=1.339 7³.741 9 m/d,下段K=0.029 1⁰.029 6 m/d;上段q=0.516 4⁰.774 1 L/（s·m）,富水性中等,中段q=1.4895 L/（s·m）,富水性强,下段q=0.010 7⁰.012 8 L/（s·m）,富水性弱;上段水质矿化度为1.033 g/L,下段为3.824 g/L,中段约为1.130¹.254 g/L。（2）首次获得了研究区采煤工作面面宽为B和采高为H双因素影响下综放采煤工作面顶板导水裂隙带高度为H_li预测的经验公式及应用条件,丰富了黄陇煤田综放采煤顶板导水裂隙带发育高度预测的方法。经验公式为:H_li=0.815B+10.577H-60.486适用条件:综放采煤中硬顶板、工作面宽度为90²40 m、采高为4¹3 m。得出导水裂隙带发育受到工作面宽度和煤层采高的共同影响。在工作面宽度一定时,裂采比随着煤层采高增大逐渐减小且变化幅度越来越小,大致趋于[11.00,14.30]数值区间;在煤层采高一定时,工作面宽度越大裂采比越大。（3）研究了承压含水层水向井下放水钻孔运动井流问题,在参考地面钻孔抽水试验井流解析解公式的基础上,分析对比了地面抽水钻孔井流与井下放水钻孔井流的异同特点,得出了竖直完整和非完整井下放水钻孔井流的解析解公式。（4）基于井下放水钻孔井流计算方法研究成果,提出了把受到采煤工作面煤层顶板导水裂隙带破坏影响上覆含水层涌水概化成为按初次来压步距和周期来压步距回采范围分阶段形成的变半径“井下放水大井”水文地质概念模型,给出同时考虑导水裂隙带波及范围内含水层静储量释放水量、动态补给水量,以及可能存在越流补给水量动态的工作面“井下放水大井法”涌水量计算方法,丰富了涌水量预测方法。通过对比分析采煤工作面（高家堡矿井101工作面）预测和实际涌水量,验证了工作面“井下放水大井法”涌水量计算方法的准确性。