陕北榆神府矿区生态环境脆弱,区内煤炭资源高强度开采造成矿井突水灾害和生态环境恶化问题突出,严重制约着该地区的可持续发展。采矿扰动引起上覆岩土层变形破坏,导致其导水性突变和渗透性增大,致使上覆水体发生突水和渗漏,这是造成矿井突水灾害和地表生态环境恶化的直接原因。本文以榆神府矿区大型矿井金鸡滩煤矿超大采高综放开采工作面为例,在系统分析研究区水文地质和工程地质条件的基础上,采用野外调查、室内试验、原位测试、理论分析以及数值模拟等方法对侏罗系煤层上覆岩土体工程地质特性、采动覆岩损伤和渗透性演化规律、采场覆岩-土复合结构动态演化规律以及顶板水害预测与预警等方面进行了深入研究,为促进煤炭资源安全开发与区域生态环境协调发展提供基础理论和技术支撑。取得如下成果:（1）测定分析了侏罗系煤层上覆岩土体的物质组成和微观结构特征。研究区2^-2煤层顶板侏罗系砂岩的矿物成分以石英和长石为主,含少量有机质;碎屑颗粒以细粒为主,磨圆度较差,排列分散无序,泥质胶结。泥岩的矿物成分以石英为主,其次为黏土矿物和长石;泥岩结构较致密,裂隙不发育。新近系保德组红土中蒙脱石、伊利石/蒙脱石混层含量较高;矿物颗粒排列紧密,孔隙较发育。离石组黄土的粒组成分以粉粒为主,黏粒含量较少。（2）测试分析了侏罗系煤层上覆岩土体的物理-力学性质。顶板侏罗系岩石的体积密度平均值随粒径的减小（由粗粒砂岩至泥岩）而逐渐增大。纵波波速平均值由粗粒砂岩至砂质泥岩呈增大趋势,而由砂质泥岩至泥岩其值降低。顶板覆岩中,软弱岩石和半坚硬岩石的比重较大,坚硬岩石的比重相对较小,且砂岩和泥岩的平均单轴抗压强度均随粒径的减小而增大。天然状态下,离石组黄土的垂向渗透性和水平渗透性均属于微透水^中等透水,保德组红土的渗透性属于微透水^弱透水。（3）建立了侏罗系煤层顶板砂岩的岩相学特征与其物理-力学性质之间的定量关系。砂岩的平均粒径（φ值）和颗粒-颗粒接触比例与其力学强度具有明显的正相关,而不均匀系数、分形维数、球度、悬浮接触比例、长石含量以及有机质含量与其力学强度呈显著的负相关。泊松比与颗粒-胶结物接触比例呈显著的正相关,而与颗粒-杂基接触比例和有机质含量呈显著的负相关。此外,砂岩的平均粒径（φ值）与其体积密度和纵波波速呈正相关,而不均匀系数、分形维数、球度、长石和有机质含量与其体积密度和纵波波速呈负相关。（4）揭示了不同采动应力路径条件下覆岩损伤和渗透性演化规律及其内在联系。单调三轴压缩和轴向应力循环加卸载条件下,砂岩试样的力学强度均随围压的增大或渗透压力的减小而显著增加。且循环加卸载条件下砂岩试样的峰值强度较单调三轴压缩条件下表现出强化特征。随着围压的减小或渗透压力的增大,砂岩试样的体积应变峰值呈减小趋势,体积扩容提前。此外,砂岩试样的破坏形式与围压和应力加载路径密切相关。两种应力加载路径条件下,砂岩试样的渗透系数总体变化规律与其应力状态和体积应变变化具有紧密联系。围压增大对砂岩试样的渗透性具有抑制作用,而渗透压力与之相反。砂岩试样的声发射特征与其渗透性变化具有一定的对应关系。围压增大减缓了砂岩试样的损伤演化进程,而渗透压力增大加速了砂岩试样的损伤演化进程。此外,应力加载路径对砂岩的损伤演化特征具有明显影响。（5）揭示了超大采高综放开采条件下覆岩-土复合结构动态响应特征。采动条件下上覆地层主要发生拉伸变形,压缩变形仅出现于地层局部位置。光纤应变变化特征表明采动过程的岩土层面效应明显,即较大的光纤应变量均出现于岩性分界面、薄层较发育层位、基岩与土层界面以及软弱土层内部。当工作面推过监测孔94.36 m时,导水裂隙带发育至最大高度225.43 m,进入土层4.35 m,裂采比为23.68。顶板岩层的破断角为67.29°。基岩和下部黄土层在工作面推过监测孔83.16 m时产生最大位移量,分别为76.65 mm和59.61 mm。当工作面推过监测孔94.36 m时,风化基岩裂隙承压水水压骤降,导水裂隙带已发育至风化基岩顶界,造成风化基岩裂隙承压水发生漏失。（6）提出了陕北矿区首个超大采高综放工作面顶板砂层潜水涌（突）水危险性分区评价方法,并建立了危险区段监测预警技术。117工作面顶板砂层潜水涌（突）水危险性划分为安全区、较安全区、过渡区、较危险区以及危险区。危险区主要分布于工作面东北部和西南部偏工作面中部局部区域,安全区主要分布于工作面西南部接近停采线区域。此外,由开切眼位置至工作面中部,危险性逐渐降低;自工作面中部向西南方向,危险性逐渐增大之后又逐渐降低。现场监测预警结果表明,各埋深位置处的土层含水率在工作面推过监测孔97.76 m之后均发生突降,导水裂隙带已发育至土层-50.1 m位置。117工作面上方地面最大沉降量为3.84 m,且结合潜水出露情况表明砂层潜水未发生漏失。监测孔内的水柱高度在工作面推过监测孔50 m至150 m过程中大幅增加,且各监测孔内水柱高度的最终稳定值均大于其初始值,表明砂层潜水未发生漏失。该论文有图85幅,表20个,参考文献223篇。