煤矿工作面突水是矿山开采中面临的重大威胁,如何有效预测与控制突水不仅涉及煤层开采的经济成本,而且也涉及井下工人的人身安全。大量煤矿突水案例表明,断裂构造是煤矿突水的一个重要控制因素,因而查明断裂构造的发育特征是解决蔡园煤矿工作面内突水问题的一个重要切入点。本文基于井下地质考察,综合利用地震、钻井等资料,查明了蔡园煤矿主要断裂的构造样式类型及运动学特征;依据断层分维学方法对矿井范围内断层分维特征进行定量评价研究;运用断层封闭性评价的方法对主含水断层进行了封闭性特征研究;运用理论计算、数值模拟结合实测验证探讨了工作面内导水裂隙带高度及对工作面开采的影响。综合分析上述结果,对研究区进行了分区分类突水预测。取得以下成果:(1)蔡园煤矿断裂构造样式类型多样,走滑构造样式类型包括雁列式、花状式、帚状式及锯齿状;伸展构造样式包括并列式、梳头及阶梯状;挤压构造样式包括人字状、X型状及叠瓦状。(2)蔡园煤矿成煤期以来至少经历了两期挤压与两期伸展构造活动:第一期挤压是发生于蒙阴组沉积之前的早中侏罗世,第二期挤压是发生于蒙阴组沉积之后的晚白垩世-新生代;第一期伸展发生于早白垩世,第二期伸展主要于第四纪。(3)发育于晚白垩世时期的近SN向断裂,切割到第四系底部,对矿区工作面是否突水起到关键性控制作用,边界主干断层(朱梅集断层)是重要的含(导)水断层。(4)主干断层F78断层侧向与垂向封闭性较好,引起工作面突水可能性不大。(5)从断层分维特征看,Ⅰ区(<1.3):在矿区西南部,F78断层以南的区域,属于较安全区域;Ⅱ区(1.3～1.5):在矿区中北部,F78断层以北的区域,作为Ⅰ区和Ⅲ区的过渡带,突水危险性中等;Ⅲ区(>1.5):分布于矿区边缘的边界断层和呈北西-南东向横穿矿区中部的F78断层,该区域受多期挤压与破坏,在该区域断裂发育密度高,断层带附近岩层较为破碎,导水性较强,为重要突水预防区。(6)从本矿和邻矿开采实践看,数值模拟导水裂隙带高度24.7m与现场实测值21.5m,二者具有良好的一致性,即正常开采条件下不会破坏到矿区主要含水层。因此,对于开采3煤层,其顶板上方最大导水裂隙带高度选取24.7m是安全的。