煤炭资源开采引起地表沉陷灾害是制约矿区经济和生态环境可持续发展的瓶颈。不同倾角的煤层开采,采煤沉陷特征各不相同。本文以红石湾煤矿为地质原型,运用数值模拟实验、相似材料模拟实验、多元回归分析和理论分析等方法,研究不同倾角下采煤沉陷规律,在此基础上进行灾变预警。主要结论如下:(1)建立了不同倾角采煤沉陷模型,研究了关键层位置、断层倾向、节理和应力对采煤沉陷的影响。认为关键层位置距离地表越远,地表沉陷越剧烈;断层与挤压应力减轻了地表沉陷;节理与拉张应力加剧了地表沉陷。由缓倾斜到中倾斜再到急倾斜煤层,地表下沉和水平位移形态对称性越来越差,地表下沉最大值由釆空区法线方向与地表的交点处向下山方向偏移,导水裂隙带形态由马鞍形变为梯形。(2)建立了采煤沉陷灾变预警模型。采煤沉陷灾变是指采煤沉陷对生态环境的影响从可以接受到形成灾害的突变过程。工作面推进到一定距离时,开采扰动就会波及地表,使地表发生显著下沉。根据开采强度和允许地表最大下沉值的关系,建立了采煤沉陷I类灾变预警模型;当导水裂隙带发育高度超过导水裂隙带临界高度,破坏了区域重要含水层。根据开采强度和导水裂隙带发育高度的关系,建立了采煤沉陷II类灾变预警模型。(3)以红石湾煤矿010507工作面为例,验证了采煤沉陷灾变预警模型的可靠性。当工作面推进长度大于140m时,将发生采煤沉陷I类灾。当工作面推进到600m时,导水裂隙带最大高度为180m,此后工作面继续推进,而导水裂隙带高度基本不变。因煤层顶板至主要隔水关键层的距离远大于导水裂隙带最大高度,因此不会发生采煤沉陷II类灾变。