我国常见含煤地层为侏罗系和石炭-二叠系地层,在同一矿区双系煤层同时存在且侏罗系和石炭系煤层同采的情况很少,其中大同矿区赋存的煤层具有“双系、多煤层、坚硬顶板”的特点。侏罗系煤层开采后留下了采空区和煤柱,形成了大范围裂隙发育区,石炭系煤层开采后引起覆岩二次破坏,造成覆岩结构破坏特征是由双系煤层开采共同作用形成的多种结构并存,使得开采条件较以往更加复杂。本文以马脊梁矿双系煤层为背景,以矿井水文地质条件及煤层顶板岩层结构分析为基础,采用材料模拟和数值模拟手段,对比分析经验公式和现场观测结果,揭示双系煤层开采共同作用下导水裂隙的发育规律。主要取得了以下成果:(1)通过分析水文地质和岩层结构特征,认为侏罗系含水性较弱,只有采空区积水可能对3号煤层开采造成水害威胁;石炭系煤层覆岩表现出煤层顶板至二叠系山西组下段易产生导水裂隙,二叠系山西组上段至侏罗系14-2号煤底板易产生变形而不利于导水裂隙扩展的特点,上部隔水层能够起到较好的隔水作用。(2)通过材料模拟可知:随着工作面的推进覆岩周期性破坏,当工作面开采距离近似等于工作面宽度时导水裂隙高度最大,14-2号煤层导水裂隙发育高度为44~48m左右,3号煤层导水裂隙发育高度为110~130m左右;从模型视电阻率分布图及反演图可以看出模型采空区出现明显的高阻区域,判断导水裂隙高度为100m左右。(3)通过数值模拟研究可知:侏罗系煤层的开采会在采空区两侧和中间位置形成应力集中区域并传递到石炭系煤层顶板,导致石炭系煤层开采过程中裂隙高度和密度增大;当侏罗系煤层全部采空时,石炭系煤层导水裂隙高度为135m,当侏罗系煤层开采一半时,石炭系煤层导水裂隙高度为140m,当只采石炭系3号煤时,导水裂隙高度为120m,验证了应力集中对导水裂隙的影响;石炭系3号煤层开采后导致侏罗系采空区二次下沉,14-2号煤覆岩最大二次下沉值为1.81m,会加剧地裂缝的扩展和地表沉降。(4)综合分析材料模拟和数值模拟结果,认为侏罗系开采过程中形成的应力集中将导致石炭系煤层开采过程中形成的裂隙“闭合”,而石炭系煤层开采引起侏罗系采空区二次弯曲下沉,导致侏罗系煤层覆岩中被压实的裂隙“活化”,其中对横向裂隙的影响比较明显,对纵向裂隙的影响比较小。(5)根据中硬岩层导水裂隙发育高度经验计算公式、现场观测、材料模拟和数值模拟等方式综合对比分析,认为经验公式得到的导水裂隙高度较小,现场实测和模拟研究所得的导水裂隙发育高度基本吻合,确定石炭系3号煤覆岩导水裂隙高度为150m,裂采比为24.27,对应实测煤层厚度为6.18m,导水裂隙不会贯穿石炭系煤层覆岩与侏罗系采空区联通,能够保证矿井安全生产。本文关于双系煤层开采共同作用下的导水裂隙发育高度模拟研究,对研究区顶板水害的防治具有一定的理论意义和实践价值。