邯邢矿区煤系基底为奥陶系厚层灰岩,具有埋深大、岩溶发育、富水性强等特点。近年来,随着开采深度向深部发展和开采强度的不断增大,煤层底板灰岩含水层水压变大,特别是进入深部开采以来,煤层底板突水危险性较浅部明显增加。因此开展矿区深部煤层底板变形破坏机理的研究具有重要的意义。本文以邢东矿为研究对象,从深部煤层底板水害防治问题入手,为解决研究区内深部断层难以识别和煤层底板破坏深度难以预估等问题,借助理论分析、相似材料模拟实验、数值模拟等手段,对研究区深部煤层底板含水层断层识别、煤层底板采动效应进行了研究。综合分析,得到以下主要结论与认识:1、理论分析了深部开采底板突水水害特点及防治重点。分析近年来发生的煤层底板突水事故概况,发现深部突水事故具有突水发生概率明显高于浅部明显、突水通道形成后的演化模式不同、突水具有滞后性特征。根据突水原因分析和突水危险性评价,得出深部开采防治水工作的重点是垂向导水构造的探查与防治。2、探讨了基于短时傅里叶变换的深部奥陶系灰岩地层中断层识别方法。基于三维平行定向孔组随钻自然伽马测井数据资料,论证了施工于深部奥陶系八段纯灰岩地层中的平行定向孔组可获得在频域对断层带响应敏感的自然伽马测井值。通过时频分析得出自然伽马测井值对断层带的响应特征,并结合研究区采掘揭露地质资料,得出在倾角小于55°正断层分布区,经由平行定向孔进行的随钻自然伽马测井值在频域若具有明显的高振幅、波峰陡现象,且振幅高于200db时,即认为该处为断层带位置。3、分析了采动过程中非完整底板不同水平及断层两侧变形破坏规律。根据三维全场变形应变测量分析系统监测结果,发现煤层底板同一水平监测点垂向位移变化历经五个阶段:平稳变化阶段、―波形‖显现阶段、―波形‖缓慢增加阶段、大幅下降阶段、―滞后位移‖阶段。两条不同倾角的断层两侧垂向位移变化历经三个阶段:位移量迅速增加阶段、位移量平稳变化阶段、位移量―V‖型变化阶段(反向位移出现阶段)。结合现场测试与水平位移变化趋势,指出底板岩层破坏主要发生在―滞后位移‖阶段,断层带裂隙扩展、破坏主要发生在位移量―V‖型变化阶段。根据研究区垂向位移量分析得到煤层底板滞后破坏加深的深度超过48.39 m。从互相关分析的角度分析得出下盘推进方式产生的滞后位移变化更加剧烈,推进方式对煤层底板滞后位移变化的影响大于监测点到煤层底板的距离、埋深的影响。4、建立了深部煤层底板采动效应的数值模型,根据数值试验模拟了不同开采方案、推进方式影响下的煤层底板塑性区发育程度及断层的稳定性评价,提出将断层下盘工作面放至最后的工作面开采顺序和优先上盘推进方式。从含断层底板采动过程中应力、垂向位移、水平位移、塑性区发育范围、最大主应力偏转角度等方面出发,创新性地提出阶梯状断层四边形防水煤岩柱体稳定性结构力学模型,总结了采动条件下断层贯通型底板变形破坏机理。5、提出了在深部煤层底板突水防治方案优化设计流程。结合突水实例,系统分析了工作面突水涌水量变化及突水通道可能性,依据前文所得深部断层判识、采动过程中煤层底板滞后破坏深度加深和开采方案确定等结论,与传统的防治水方案相比,提出了采前导水构造探查-采前治理-开采方案确定-采中监测-采后治理的综合性防治水方案。