随着煤炭工业的快速发展,华北型煤田各大矿区的浅部煤炭资源日趋枯竭,逐渐向深部延伸开采。深部煤层距奥陶系灰岩强含水层的距离较近,承受的奥灰岩溶水压高,水量大,许多矿区深部煤炭资源的底板奥灰突水系数已超临界值,灾害性水害事故频繁发生。由于奥灰含水层富水性较强,传统的疏水降压方法一是难以达到疏降效果,二是对矿区的地下水环境会造成破坏。这与国家提倡的“保水采煤、绿色开采”理念是相悖的。因此,亟需开展煤层底板奥灰水带压开采新技术研究。本论文提出的奥灰顶部利用与注浆改造技术,对重新认识奥灰顶部的含隔水特征,实现新时期底板安全带压开采具有开拓性的意义。通过在华北型煤田邢台、韩城等六大矿区现场调研,总结了各矿区奥灰顶部岩溶发育特征,提出奥陶系灰岩沉积演化规律。采用“平面分区,垂向分带”的研究思路,对奥灰顶部含隔水特征进行了系统的理论研究,形成了奥灰顶部岩层富水性评价指标体系,提出了基于试估校正法的权重系数修正方法,实现了奥灰顶部岩层富水性定量化评价;提出了奥灰顶部垂向分带特征,将奥灰顶部自上而下划分为风化充填阻水带、垂向导升侵水带及岩溶裂隙富水带。从实验室测试、现场原位试验及区域地层的空间分布特征等多个尺度综合研究奥灰顶部风化充填带的阻水性能及其作为隔水层利用的可行性。研究结果表明,奥灰顶部风化充填带具有强度可靠、阻水性能良好等特性,在分布稳定、受构造等外力扰动影响较小的情况下,具有作为隔水层利用的可行性。形成了奥灰顶部利用与注浆改造综合技术体系。建立了奥灰顶部阻水段利用及含水段注浆改造的判断准则,提出了奥灰顶部注浆改造厚度的确定方法,采用理论分析、室内实验与公式推导等方法,研究了奥灰顶部岩溶裂隙介质中浆液扩散规律,并提出了粉煤灰基奥灰顶部注浆材料的优化配方。在韩城桑树坪矿和邢台东庞矿开展了奥灰顶部利用及注浆改造的工程应用研究。在韩城桑树坪矿,以3105工作面作为试验工作面,开展奥灰顶部利用技术的工程应用研究,实现了工作面的安全回采;在邢台东庞矿,以9201工作面作为试验工作面,开展了奥灰顶部利用与改造技术的工程应用研究,将东庞矿9201工作面顶部改造为隔水层,达到安全回采的条件。上述两个工程实例对奥灰顶部含隔水特性的认识以及奥灰顶部利用与注浆改造技术体系的可靠性进行了验证。