我国西北地区大量侏罗纪煤层顶板覆盖有巨厚砂岩含水层,使得矿井充水强度高,水害防治难度较大。查明顶板含水层非均质特征,揭示煤矿开采含水层扰动渗流规律,是研究煤层顶板水害、水资源保护等系列矿山地下水问题的基础。彬长矿区是我国巨厚洛河组砂岩含水层影响极为典型的矿区之一,区域性高强度涌水现象在全国较为罕见。针对洛河组含水层垂向非均质性强,煤层开采扰动含水层流场响应规律不明等问题,研究洛河组沉积环境和微观结构、分析含水层垂向水文地质特征,揭示开采扰动流场响应特征,取得如下主要成果:1)通过洛河组岩石学特征、沉积特征,结合测井相分析,判识出彬长矿区洛河组从下到上依次为“冲积扇—辫状河—冲积扇”沉积相,揭示了洛河组不同时期的沉积演化规律;采用孔隙度和渗透性测试、SEM等测试,并建立测井孔隙度精细解释方法,得出冲积扇沉积相孔隙度相对较低,辫状河沉积相孔隙较为发育,沉积界面多发育有较为致密地层;2)采用双封隔器分层抽水探查洛河组砂岩含水层不同深度的水文地质条件,基于非完整井流模型建立了顶、底有界含水层分层抽水解析算法,综合各层水文地质参数、水位、水温、水化学等指标,将洛河组含水层富水性垂向上划分为3段,上、下段富水性较弱,中段富水性相对较好,同时下段可进一步细分为水力联系较弱的2层,总体可将洛河组为3段4层的非均质结构;3)综合洛河组垂向沉积环境、微观结构、水文地质特征,揭示了彬长矿区洛河组砂岩的沉积控水模式:辫状河相富水性较好,冲积扇相富水性较弱;各沉积亚相叠覆组合形成洛河组含水层的垂向非均质结构,各层厚度受沉积分界和越层分界控制。最终概化出沉积分界控水、沉积—越层分界组合控水2种沉积控水模式;4)开发了“采前背景条件探查、采中水位动态监测、采后综合测试”的煤层开采全过程导水裂隙带高度综合实测方法。基于区域内大量导水裂隙带高度实测成果,建立了彬长矿区不同参数工作面开采导水裂隙带发育经验公式,并概化得出典型矿井主要以洛河组含水层下段径向渗流和垂向入渗充水为主;5)建立了典型矿井开采扰动下地下水三维数值模型,分析开采不同阶段的流场形态和水位变化规律,揭示了开采扰动洛河组含水层流场响应特征:导水裂隙带扰动区内洛河组下段基本被疏干,形成较大的垂向水力梯度,驱动洛河组中段地下水向下渗透。扰动区外洛河组下段地下水受水平方向水力梯度驱动顺层流动,表现出下段侧向径流和中段垂向渗透的渗流特征;6)进行了洛河组含水层井下疏放水优化设计,形成含水层局部疏放方法,确定主要疏放层位为洛河组下段,疏放时间以流场达到稳定流为主,并确定钻孔结构、探查测试等关键技术要求。通过现场应用,局部疏放方法可有效延缓工作面出水时间,并降低回采初期涌水量,为洛河组含水层水害防控提供技术支撑。