煤矿井下水文地质条件随着矿井开拓深度的增加而变得越来越复杂，由多个水平构成的联合排水系统呈现出强耦合、多变量、非线性、时变等特点，深入解析泵组之间各参数耦合程度对于改善和提高矿井排水的安全稳定性能具有重要意义。以3个水平9台水泵为研究对象，研究水泵启停过渡过程中流速与阻力的演变规律，分析非定常流动对水泵效率的影响；研究各水平之间涌水变化规律，分析涌水规律、井下用电规律对个体水泵排水性能的影响，探讨涌水量、管道流量、管道阻力、水泵效率等多变量的耦合特性；研究了基于前馈补偿技术的解耦控制方法，给出了融合解耦和神经网络逆动态控制策略，使被控对象的输出跟随对应输入值的理论变化，分析了多水平多泵组多变量耦合关系数学关系，求解了前馈补偿解耦器矩阵，验证了解耦后的阶跃响应波形，提出了适用于排水控制系统的解耦控制方法。工业现场实践证明，该方法能够修正启停过渡过程中流速、阻力以及各水平水位变化趋势，辅助提升矿井排水的安全和稳定性能。