针对西部煤炭主产区矿井水保护利用技术难题，以煤水协调开采为基本原则，自主设计了包含试验材料配制系统、模型框架加载系统、水压控制系统、柔性隔离层注浆控制系统、数据采集系统等5部分组成的煤水协调开采物理模拟实验平台；研制出由骨架结构物和胶结物组成的相似材料，其中骨架结构物用于调控相似材料弹性模量，胶结物用于调控相似材料整体强度，经检验，所研制材料的力学和渗流特性均满足相似模拟实验的基本要求；以西部宁东煤田麦垛山煤矿2#煤首采区为研究对象，开展了煤水协调共采物理相似模拟实验研究，工作面回采3-5个周期来压步距后，通过对隔水层进行注浆改造或压裂处理，分析煤水协调开采过程中导水裂隙带高度演化特征、7个测点水流变化情况以及顶板破断特征，研究表明：隔离层压裂改造位置应位于超前基岩顶板扰动范围之外，当岩层充分压实后(3-5个周期来压后)，进行隔离层注浆改造工艺；不同观测线上的渗流量变化进一步证实采用压裂和注浆封堵相结合的工艺手段，隔离了“地下水”向下渗流通道，能够实现地下水原位保护；隔水层破断始于第4个周期来压，破断角为70-80°。模拟了四种工况条件的人工隔水层的保水作用，首先对2#煤首采区上覆含(隔)水层系统进行概化，建立研究区地下水系统概念模型、数学模型以及数值模型；然后利用现场监测孔水位数据对模型进行参数校核与验证，得到参数校核后的含水层参数、模拟期水均衡项以及流场信息；最后结合区内用水情况、地下水开采现状，设置现场实际开采条件下2#煤工作面开采方案，利用参数校核后模型对研究区地下水水位和流场进行情景模拟分析，同时，结果表明，人工隔离层建造位置越靠下，隔水效果越显著。