沁水盆地南部主采区15^#煤煤层气资源量大于3^#煤层,而15^#煤煤层气在排采过程中,由于产水量大,降压困难,没有气体产出或有极少气体产出。要实现15^#煤层气规模化的开采,需要加强对15^#煤煤层气排采的水文地质条件和相关工艺的研究。本文以沁水盆地南部柿庄南煤层气产业示范区为研究区块,通过资料整理、样品采集、理论分析、现场试验和数值模拟等技术手段,对沁水盆地南部15^#煤煤层气排采的水文地质条件进行了系统研究,取得以下认识:研究区内15^#煤层是全区的主采煤层之一,具有较好的含煤性,其顶板为K₂灰岩含水层,底板为泥岩隔水层。运用常规水化学分析方法和氢氧稳定同位素分析,确定15^#煤层排采产出水为15^#煤层与顶板混合水,水质类型为HCO₃-Na型,为深层地下水质。15^#煤层气井排采产出水的氢氧稳定同位素组成受年份和季节变化的影响不大,都较均匀的分布在大气降水线两侧。两层合采水样水质类型为HCO₃-Na型和Cl-Na型,并且两层合采产出水补给来源中3^#煤层占主要部分。运用Visual Modflow软件,模拟了15^#煤排采过程中压降漏斗变化曲线。当顶板为泥岩渗透率时,压降漏斗变化曲线出现较大的差异,说明15^#煤层排采产出水的主要补给来源是顶板K₂灰岩。研究区15^#煤煤层气的单井排采试验结果较差,煤储层降压困难,建议进行煤层顶板的压裂试验和群井排采试验,以提高15^#煤煤层气井产能。基于时间序列预测思想,运用Matlab软件,构建适合于煤层气井产水量预测的BP神经网络模型。在以沁水盆地南部柿庄TS-006井为预测实例的结果表明:BP神经网络模型能够较准确地预测出煤层气井未来7天的产水量。