煤层底板突水事故一直是矿井水害中最为突出的问题,是影响煤矿生产安全亟待解决的问题。特别在我国华北地区,随着采深持续增加,高承压水对煤矿威胁愈加明显。底板突水问题可归结为应力场与渗流场相互作用引发的流固耦合力学问题。在煤层采掘过程中,打破了围岩应力原有的平衡状态,矿山压力和水压力共同作用下,伴随着岩层裂纹萌生、扩展、贯通,最后断裂导致失稳破坏,承压水涌入工作面造成巨大损失。本文通过对华北地区多个矿区的调查,对以往突水资料了解和整理,针对“华北型煤田”水文地质特征运用理论知识、数值模拟手段以及物理相似模拟试验方法对底板变形特点、应力分布规律以及两者对应关系进行研究。主要研究结果如下:(1)对底板突水形成机理研究,阐述引起突水主要影响因素以及各因素所起的作用。建立数学模型,直观表达了不同底板条件下突水模式,底板裂纹的受力状态和不同裂纹破坏形式;(2)结合华北地质资料和岩体力学性质,选用适合材料按照不同配比制作试件,并在试验机SAS-2000监测其力学性质,为物理相似模拟试验选择合理的配比号材料。根据单轴压缩试验所得应力-位移曲线以及试件表现的破坏形式,分析了匀速荷载加载过程中试件各阶段特点;(3)基于渗流与应力耦合理论,使用RFPA2D-Flow软件对不同底板条件、不同水压环境进行正交试验数值模拟。通过试验对比,引出“破裂致突”和“渗流致突”理论,判断出水压环境发挥了主导作用,根据相对隔水层理论,分析了“天然通道”作用;(4)按照几何参数相似比设计了物理模拟试验,对试验过程中底板变形破坏现象记录、整理和分析,试验证明距离开切眼60m~120m采空区处,底板裂隙产生最多,底鼓量最大。