在采、掘工作面附近存在有应力集中区和免压区。由于受到集中应力引起的剪应力作用以及在免压区中受到由集中应力衍生的水平应力和剪应力的共同作用，在开采煤层底板中也会形成一定深度的裂隙带，即底板裂隙带。在该裂隙带中，岩层富含裂隙且应力低于原岩应力，裂隙呈张开状态，岩层已基本上丧失了隔水性能，成为导水层。若底板裂隙带直接与承压水的原始导升带沟通，则承压水也能迅速涌入采、掘工作空间，形成突水事故。

工作面底板裂隙带的深度与开采煤层的强度、厚度，煤层顶、底板岩层的力学特性、结构以及顶板管理方法，开采参数（如工作面长度、巷道宽度等等）等因素有关。底板岩层的岩性愈软，工作面前方的峰值集中应力愈高，承压含水层的水压愈高，免压区中作用于底板的压力愈低，则所形成的底板裂隙带深度也愈深。相似材料模拟实验的结果表明：底板裂隙带的分布状况大体上和底板中塑性滑移线的分布相吻合。

采动产生的岩层裂隙主要是由工作面前方的集中应力和免压区中的水平应力形成的。由开切眼至老顶初次来压期间，底板裂隙带的深度随着工作面的推进、开采范围的扩大而加深，并且在初次来压时达到最大值。初次来压后，随着工作面的推进，裂隙带的范围继续扩大而深度在初期较初次来压时有所减少，以后又逐渐增大，直到周期来压时又达到第二个峰值深度（该深度仍小于初次来压时底板破裂带的深度）。所以，一般可以用来压时的破裂最大深度作为底板破裂带的深度。

煤矿底板突水是重要的煤矿水害类型。数十年来，人们对底板突水机理和水害防治技术进行了大量的研究和实践，取得了丰富的成果。随着煤矿开采深度的加大，底板承压水威胁也越来越大。以往研究多集中在中浅部开采的矿井，对深矿井底板特殊破坏规律认识不足。本项目拟通过现场实测、理论分析、室内实验、相似材料模拟和计算机模拟等，研究深矿井开采条件下采场覆岩运动与底板破坏之间的关系，探索煤层底板异常破坏的机理；通过监测底板应力分布、底板动态破坏状态特征、现场实测工作面底板破坏深度，结合覆压变化规律，寻求底板异常破坏的发生机理、异常破坏带发育规律；通过对高承压水渗流对裂隙岩体损伤断裂分析，探究突水通道的形成机制；结合含水层的富水性、水头压力等因素，对底板突水危险性进行空间定位预测。本项目研究成果将补充以往对底板破坏发育特征和规律的认识，对丰富底板突水理论，对指导深矿井底板水防治具有重要的理论和现实意义。

随着煤矿开采水平的延伸，越来越多的矿井进入深部开采，煤层开采受到底板承压水的威胁越来越严重。深矿井煤层底板突水机理及预测成为亟待解决的关键科学问题。本项目以鲁西煤田部分大采深矿井为例，将煤层开采上覆岩层运动、覆岩压力、采场底板应力分布、煤层底板岩体破坏以及底板突水定位预测等内容系统地联系起来进行综合研究。提出采场覆岩压力拱边界力学判据，系统研究了工作面宽度、工作面推进距离、埋深、开采煤层厚度及侧压系数对压力拱形态的影响机制，揭示了煤层开采过程中覆岩压力拱拱体动态演化过程。探讨了压力拱与裂断拱之间的关系，揭示了两者的同步性发展过程。采用理论分析、数值模拟与现场监测相结合的手段研究了典型工作面底板采动应力分布特征及底板异常破坏规律，获得煤层底板破坏是随工作面开采而呈波浪式发展、具有一定的阶段性和周期性的科学认识；构建了底板破坏带发育的分阶段模式，提出了覆岩最大裂隙拱、应力拱和底板异常破坏带的初始步距约为工作面宽度，周期步距近似为工作面宽度一半的观点。将煤层底板岩体异常破坏带与煤层底板突水定位预测联系在一起，指出了当工作面掘进至底板异常破坏带发育的初始步距或周期步距时是底板突水危险地段，并通过新汶煤田良庄煤矿51302工作面的井下电阻率动态监测结果和突水实例验证了本项目研究结论。研究成果是对以往浅部开采时底板突水研究成果的补充，丰富、发展了矿井底板突水理论，对预测大采深矿井底板突水，预防水害发生具有重要的理论和现实意义。