本论文主要针对浅埋煤层非充分垮落采空区下煤层群开采地质条件,以南梁矿为研究背景,综合运用理论分析、实验室实验、CT三维重构反演、数值模拟及现场实测等研究方法,以非充分垮落采空区压实特征、非充分垮落采空区下重复采动围岩裂隙发育规律以及水和瓦斯渗流特征为研究对象。研究成果为煤层群开采防治水和漏风提供了理论基础。取得了如下主要创新成果:设计了可实现CT扫描原位破碎煤岩体的侧限压实装置,得出了不同粒径和不同级配的破碎煤岩体侧限压实的声发射特征、孔隙率特征和质量变化特征;采用Sensor3D语义分割模型,智能三维重构了不同应力状态下的破碎煤岩混合体,建立了破碎煤岩混合体的孔隙网络模型,揭示了孔隙结构变化特征和孔隙、喉道直径的变化规律;采用随机森林法智能三维重构了裂隙岩体,建立了裂隙岩体的裂隙网络模型,对比分析了裂隙岩体的裂隙特征和破碎煤岩混合体的孔隙特征。研究了非充分垮落采空区在重复采动前后的压实特征,揭示了非充分垮落采空区下重复采动前后的围岩裂隙发育规律,阐明了重复采动前后的围岩破坏形式,定量表征了非充分垮落采空区下重复采动前后围岩的裂隙发育程度,得出了层间距对非充分垮落采空区下重复采动围岩裂隙发育特性的影响规律。实验研究了不同粒径和不同级配破碎煤岩体、弹性和裂隙煤岩体以及组合岩体的水和瓦斯渗流特征,构建了饱和破碎煤岩体应力-孔隙-水渗流和破碎煤岩体应力-孔隙-瓦斯渗流耦合模型,掌握了裂隙煤岩体应力-瓦斯渗透率演化规律,得出了影响破碎煤岩体水和瓦斯渗透率的重要因素,得出了层间岩体裂隙发育程度对渗透率的影响规律。建立了非充分垮落采空区下重复采动流固耦合离散元模型,模拟研究了非充分垮落采空区下重复采动围岩渗流特征,得出了层间距对非充分垮落采空区下重复采动围岩渗流特征的影响,应用到煤矿灾害防控实际中,提出了非充分垮落采空区下重复采动防治水和漏风的相关措施,实现了煤层群重复采动的安全高效开采。该论文有图124幅,表43个,参考文献182篇。