矿井突水灾害问题一直困扰着我国煤矿的安全生产,其中因断层、陷落柱等构造活化引发的突水是矿井水事故的主要形式。众多学者针对底板突水机理的研究往往集中于不同类型构造活化特征方面,忽略了不同构造活化引起完整围岩破坏与突水通道形成演化特征相关性方面的研究,基于该观点本文综合采用理论分析、室内岩石试验、数值模拟和物理模拟等方法,针对采场底板缺陷构造活化、异常物理信息辨识、围岩裂隙扩展突水机理及监测技术方面展开了一系列系统化的理论分析与基础试验研究。依据底板区域性裂隙扩展演化特征推导出了不同区域岩体渗流特征方程,基于实际矿井资料发现在同一应力水平下底板膨胀区内岩体渗透性能远高于其它区域;将底板地质缺陷突水灾变模式划分为底板缺陷裂隙扩展型、构造导通型和隐伏构造滑剪型共3种类型,并基于力学理论推导了对应的突水判据,将底板突水归结为水-岩-应力相互作用影响下构造活化,破坏底板岩层完整性引发的裂隙导通型突水。为了探究含缺陷岩体强弱部分协同失稳特征,通过对宏观预制缺陷的红砂岩和强弱单元组合岩体进行的单轴压缩试验,多角度探究了缺陷岩体在破坏过程中强段和弱段之间的相互作用,利用实验过程收集的应力、应变和声发射等物理场信息随加载过程的变化信息,分析了岩体由独立活动向整体协同破坏的转化过程中内部应变积累区和释放区的协同作用特征,提出了将强偏离线性阶段和亚失稳阶段释放的相关物理信息作为预测构造突水的有效辨识信息。结合3种突水灾变模式与室内岩石试验结果设计了大尺寸含缺陷类岩石双向加载破坏试验,捕捉模拟地应力环境下缺陷岩体构造活化过程构造及其围岩的裂隙演化等物理变化特征,通过对试验数据分析发现不同类型类岩石材料破坏过程中存在明显的裂纹-应力-时间和损伤变量-能量-时间的阶段性特征,试验结果发现在构造活化阶段,缺陷岩体中相对完整围岩不断产生新的宏观裂纹并与原有的缺陷裂纹彼此贯通,声发射事件数量密集发生且能量较大,岩石损伤变量已至临界值,造成试件整体失稳破坏。利用FRACOD2D数值模拟方法研究了固流耦合作用下缺陷岩体失稳裂纹传播过程,建立了 3种裂隙扩展耦合模型,模拟结果发现流体在裂纹中流动过程中沿裂纹方向流体压力呈非线性分布,在特定环境下的裂纹网中流动过程中路径越短,流量越大,岩体原生节理为含水裂纹的扩展提供了条件,相对进出口距离最近的裂纹成为突水主通道;基于该认识,本文创建了骆驼山“3.1”突水事故模型,发现突水事故的主要原因为高承压水驱使陷落柱主溶洞裂纹向开挖方向扩展并于工作面前方煤壁受矿压作用下产生的裂纹贯通,进而形成突水通道。为了验证理论分析和实验结果的正确性,利用非亲水固流耦合相似模拟材料和采动煤层底板突水相似模拟试验系统开展了底板构造突水物理模拟试验,实现了对不同突水模式下围岩裂隙扩展致突水通道形成、围岩应力和孔隙水压变化规律的研究,进而验证了3种灾变模式及突水判据的准确性。依据室内岩石力学试验、数值模拟和物理试验结果,总结了构造活化失稳前异常物理信息并进行了辨识分析,基于一系列理论分析和试验研究成果对构造失稳监测进行了可行性浅析,为煤层开采底板突水的预测防治提供了一种新思路和理论支持。