随着我国经济的高速发展,能源在我国国民经济中起着越来越重要的作用。而煤炭作为我国长期以来占比最大的能源,在我国经济发展中占据举足轻重的地位。这就导致我国随着煤炭开采量的日益增加,在开采的过程中不可避免的会遇到开采煤层处于坚硬顶板和底板含水层高承压水的双重威胁。坚硬顶板工作面开采后由于顶板强度过大会出现大面积悬顶的问题造成顶板悬而不垮。随着煤层采动的进行坚硬顶板悬顶距越来越大,最终到达顶板的承受极限造成顶板大面积的垮落。坚硬顶板的大面积垮落产生的冲击作用使得工作面在本就处于高承压水作用易产生突水灾害的问题变得更加突出。然而,现在对于底板突水的研究主要集中在煤层采动过程对底板隔水性产生的破坏问题的研究。对于坚硬顶板垮落对底板冲击作用和高承压水工作面采动过程底板破坏的耦合作用问题研究较少。针对上述问题,本文以郭庄煤矿坚硬顶板承压水上开采为背景,为该问题下底板突水预测与防治工作提供了新思路。论文的具体研究内容如下:(1)利用相似材料模拟的研究方法,研究坚硬顶板垮落过程中,煤层底板的形变破坏特征,一共经历了从煤层开采前的底板应力集中、煤层开采后的底板应力卸载、坚硬顶板垮落冲击底板和煤层采空区压实等四个变化阶段。并通过应力计采集的数据分析底板的应力变化特征结合实际垮落情况,认为底板裂隙的发育破坏主要集中在第二和第三阶段,并会产生底板滞后破坏加深的现象。(2)利用力学理论推导的方法分析坚硬顶板垮落后对底板的二次加深破坏。首先分析顶板的垮落形式,根据顶板的坚硬情况把顶板的垮落分为折断式垮落和拉弯式垮落,其中重点研究容易引起底板突水等严重煤矿事故的拉弯式破坏形式。根据半空间非弹性碰撞理论,通过力学公式推导出顶板冲击应力和时间的关系曲线。最后根据弹性力学理论分析底板承压水和顶板垮落叠加作用下的底板破坏力学模型。从力学模型角度分析坚硬顶板冲击作用下承压水上开采的底板力学破坏机理。(3)利用计算机数值模拟软件FLAC3D的动力模块和渗流模块模拟不同条件下的底板破坏情况。动力模块参数中调整理论公式推导中的顶板冲击应力和时间的曲线参数,来模拟不同冲击强度下的底板应力特征和底板裂隙发育情况。通过渗流模块参数中调整不同含水层的底板水压来分析,不同水压下的底板的裂隙发育情况和底板孔隙水压变化情况。最后通过分析不同埋深条件下对坚硬顶板承压水上开采工作面的底板裂隙发育情况。通过上述三种方案的分析不同参数条件下底板的破坏规律,为现场坚硬顶板承压水上开采工作面提供了理论基础。(4)在坚硬顶板承压水上工作面开采实践过程中,通过上述理论分析由于坚硬顶板垮落冲击作用导致底板裂隙二次发育,底板治理难度进一步提升。实践中采用瞬变电磁法动态探测和钻探验证相结合的方法,判断底板破坏情况并利用底板注浆技术对底板针对性加固,有效的抑制了底板裂隙发育,提高了底板抗突水能力。实现了工作面的安全开采并创造了巨大的经济价值。