我国华北型煤田的煤炭储量虽然巨大,但其下组煤受奥陶系岩溶承压水威胁很难开采。而随着煤层开采深度的增加,底板突水事故日趋频繁,给国家和人民的生命财产造成的损失越来越大。因此,开展煤层底板突水预测方法的研究是实现煤矿安全生产的重要保证,对指导矿山防治水、解放下部煤炭资源都具有十分重要的理论与现实意义。煤层底板突水预测是一个受多种因素综合影响的非线性问题。结合万年矿地质及水文地质特征,运用协同学理论、突变理论提出煤层底板突水预测方法,为解决矿井突水预测问题提供了一条新途径。主要工作如下:(1)分析了煤层底板突水的影响因素:如水压、隔水层等对底板突水的影响。(2)运用协同学理论分析了煤层底板系统间的相互协同关系;根据支配原理对万年矿10个突水实例进行了计算验证,验证结果和实际一致。(3)突变试验设计,首先,根据试验要求,在2~#煤13268工作面底板按不同深度设计埋设应力、应变、水压传感器,运用监测数据建立的底板突水预测的突变模型为单变量序列尖点突变模。然后,根据矿压、水压等实际监测数据进行底板突水预测,结果表明该工作面不发生突水的可能性较大。(4)运用突变理论建立力学突变模型,并对万年矿2~#-9~#六个煤层进行底板突水预测。结果表明不考虑断层时,上组煤2~#、4~#、6~#均不突水,而考虑断层时,这三个煤层的一水平均不突水,二、三水平均突水;下组煤8~#、9~#均突水,而7~#煤层的一水平不突水,二、三水平均突水。(5)运用支配原理和力学突变模型这两种预测方法,并根据万年矿127个钻孔资料分别对2~#、4~#、6~#、9~#煤层进行突水预测和分区。支配原理法的预测和分区为:矿区西南、西北部为安全区,中部为危险区,东南、东北部为高危区。力学突变模型法对各煤层的预测结果为2~#、4~#、6~#煤层全区均为安全区,而9~#煤层的预测分区与支配原理法一致。(6)对突水危险区及高危区提出底板突水防治措施,,如缩短工作面斜长、底板注浆保护、加强地下水动态监测等。因此,综合应用协同学与突变理论两种非线性研究方法,为矿山突水预测提供了新的科学理论和技术方法。