煤层顶板水害是威胁煤矿安全生产的重大灾害之一，近年来陕北浅埋煤层矿井巷道掘进时顶板突水事故常有发生，其主要原因是侏罗系风化基岩含水层相对松软，富水性较强，在煤层上覆相对隔水层厚度较薄区域，巷道掘进时围岩扰动勾通了风化基岩含水层，或直接揭露风化基岩含水层而引发掘进面突水，甚至突水溃沙（泥）。因此巷道掘进顶板突水危险区的预测十分必要。本文以红柳林井田4-2煤开采为例，选择风化基岩含水层厚度、风化程度、岩性组合、砂岩层数及古地形标高等5个主控因素，采用随机森林（RF）算法对风化基岩含水层富水性进行了分区预测，编制了富水性分区预测图。同时分析了巷道围岩岩性特征，并结合松动圈厚度实测数据构建了松动圈厚度的多元线性与指数函数回归预测数学模型，得到了围岩松动圈厚度预测结果，以巷道顶板新鲜基岩厚度与松动圈厚度的差值为主要指标进行了巷道掘进顶板安全性分区预测，编制了巷道掘进顶板安全性分区预测图。在此基础上，利用GIS软件将风化基岩含水层富水性分区预测结果与巷道掘进顶板安全性分区预测结果进行了空间叠加分析，得到了巷道掘进顶板突水危险性分区预测图。结果表明：4-2煤层巷道掘进顶板突水危险区及较大危险区主要位于北一盘区4-2煤层剥蚀边界附近，与实际突水位置基本一致。因此，该预测方法及结果可作为红柳林煤矿矿井防治水的重要依据，也可为其他地质条件类似矿井提供参考。