煤矿开采逐渐往深部发展,在高地应力、高水压环境下,煤矿底板的安全性面临着巨大挑战。在我国华北及南方部分矿区,底板下部埋深的厚层奥陶系灰岩岩溶对承压水上采煤安全技术提出了更高要求。本文依据山西屯兰煤矿生产工况和水文地质条件,运用理论分析、物理试验和数值模拟的方法对承压水上开采煤层底板岩体破裂、突水孕灾的演化规律进行了深入研究,主要进行了以下工作:总结屯兰煤矿8~#煤层水文地质条件,建立1132工作面的地质结构模型。运用断裂力学理论,分析承压水在裂隙中的导升高度和水压对裂隙面扩展作用。运用弹塑性力学公式,计算1132工作面底板采动破坏深度为23.8m、底板抵抗水压安全厚度为19.41m,依据现场资料分析承压水导升带的高度为15m,进一步分析得到底板剩余有效隔水层厚度t’为8.79m>2h_煤,由此评价屯兰煤矿8~#煤1132工作面隔水底板突水危险性为基本安全。开展了七组高压环境岩土三轴应力应变渗透试验,试验结果体现了岩体在渗流条件下的破坏变形过程和高压环境中的渗透性变化规律,不同条件下的试验对照得出不同控制因素对岩体破裂变形与渗透性的影响作用。依据矿井生产实际工程地质条件和相似试验理论,合理选取相似模拟材料,建立煤矿开采工程地质力学相似模型,模拟深部高承压水上开采底板裂隙产生、扩展与贯通过程,试验对真实开采进行了较好模拟,得到底板隔水层导水通道孕灾演化特征规律。采用有限元软件FLAC3D流固耦合模块对屯兰煤矿8~#煤层1132工作面进行开采模拟,建立采动渗流分析模型。模拟结果反映了底板岩体在开采中的应力应变、塑性区、孔压和渗流场的变化,总结出采动底板应力应变与渗透性的动态演化过程,并比较分析了理论、试验和模拟三种试验方法的结果差异性。将危险源的理论应用于底板突水中,总结其三要素为采动、水源和通道。结合底板细观岩体破裂危险性分析及宏观裂隙演化规律分析,划分8~#煤层1132工作面岩体易开裂等级和导水裂隙危险性等级,将细观指标体系与宏观演化规律进行归纳总结,划分8~#煤层1132工作面底板突水危险等级分布区域。论文主要研究结论为:屯兰矿奥灰含水层对底板有潜在威胁,8~#煤层1132工作面隔水层厚67m,理论计算和试验结果都表明,煤层采动180m后底板隔水层未形成贯通,有效隔水层厚度在21m左右;影响底板突水的不同指标控制着岩体的易裂程度;底板岩体中应力场、位移场和渗流场均因开采活动而发生变化,不同场之间相互作用,最终导致了底板导水通道的形成。对导水通道形成过程的危险性等级划分可有助于实现底板突水孕灾危险性的评价和突水灾害预测。该论文有图50幅,表10个,参考文献72篇。