煤炭工业在我国的发展历史比较悠久,是我国国民经济发展的支柱产业,我国煤炭具有资源储量大,分布范围广,地质条件变异大的特点。近些年在开采高水压、大采深、多含水层等复杂地质条件下的煤矿,煤矿的安全开采受威胁和影响显得更加突出,防治水与安全开采形势更加严峻,因此进行煤矿采前防治水安全研究是十分必要的。论文以五沟煤矿含水层下1019工作开采为工程背景,通过对现场数据采集,井下仰上钻孔钻探资料、井下瞬变电磁物探、井下并行电法探测成果、地面三维地震勘探、大功率时频电磁法勘探等资料的分析,采用现场实验观测、数值模拟、理论分析、物理力学试验与力学理论研究等方法,针对五沟煤矿1019工作面的防治水安全开采,就岩石力学性质、开采技术研究、围岩变化规律和水害防治技术等方面进行了深入的研究。(1)1019工作面开采的直接充水含水层为:新生界松散层第四含水层(“四含”)、10煤顶底板砂岩裂隙含水层及10煤底板太原组含水层。10煤顶底板砂岩裂隙含水层在工作面范围内大部分区域富水性较弱,对煤层开采的充水作用不大。“四含”水及太灰水文地质条件复杂,是工作面开采的主要威胁水源。(2)采取了主采煤层10煤层顶、底板岩样,对其物理力学性质样进行了分析测试,分别做了单向抗压强度、单向抗拉度,抗剪强度等物理力学性质试验。不同岩石的载荷能力的大小不同,砂岩强度最大,其次是粉砂岩,泥岩的强度最小。各种岩石抗压强度值变化范围较大,与岩石的胶结物的成分、结构、构造及岩石裂隙的发育程度的差异有关。(3)根据已开采的12个工作面出水的水质分析结果,涌水中包含“四含”水的成分,反映了“四含”与10煤顶板砂岩存在一定的水力联系,但是这种“四含”水对于砂岩的补给主要产生在松散层形成的时期,对于生产阶段,砂岩水的涌水没有引起“四含”长观孔的水位变化。因此,“四含”与10煤顶板砂岩无明显水力联系,顶板岩层具有一定的阻隔水性能,不影响煤层的安全开采。(4)依据岩石力学测试成果,建立了工程地质分析模型,采用FLAC3D数值模拟技术,对含水层下1019工作面开采过程进行了顶板变形破坏演化规律的数值模拟,获取了工作面开采期间沿着开采纵向10m、20m、30m、40m、50m、60m竖向位移、竖向应力、水平位移、水平应力等相关参数。(5)10煤层工作面顶板上覆的岩层30m范围内,泥岩、细砂岩、粉砂岩和中粗砂岩的抗压强度各不相同;中粗砂岩的抗压强度值最大,泥岩的抗压强度值最小,各岩性之间的差别较大,且具有较软弱的抗变形能力,属于软弱~中硬岩层。泥岩和砂岩的强度随着距离煤层顶板的距离的增加呈递减的发展趋势,实际顶板30米范围内属于上软下硬型覆岩顶板,这样的顶板便于施工实际控制,不易在开采时产生大面积悬顶的可能。(6)按照“三下”规程进行开采,将煤层上提段按照采高最大4.2m进行计算,防砂安全煤岩柱为25.64m。另据1021等工作面开采实测两带高度,其最大冒高采厚比为4.69。由此类比1019综采面需留设的防砂煤岩柱高度为32.3m,均小于实际留设煤岩柱35.23m。因此,开采是安全可行的。(7)采用“突水系数法”、P-M图法、理论计算法的分析方法,分析研究得到1019工作面底板突水系数为0.041~0.048MPa/m,均比规程规定的临界系数0.06MPa/m小。因此,工作面开采不存在灰岩突水情况。(8)结合五沟煤矿水文地质、采矿条件和前期成功的开采实践,制定了含水层下1019工作面水害防治安全实施措施。