切顶卸压无煤柱自成巷（110工法）是近些年发展起来的一种新型无煤柱自成巷技术,目前已在全国各大矿区不同地质条件下的煤矿成功应用,且已形成相关施工规范。鉴于目前针对该技术的研究大多侧重于现场应用,有关其基础方面的研究较少,因此本研究课题选取山西省店坪煤矿110工法施工留巷段为工程背景,综合运用物理模型试验、理论分析等方法研究切顶条件下沿倾向方向的覆岩运动规留巷围岩结构特征及变形机理,并通过建立不同尺度的数值模型及现场监测对得出的结论进行验证,主要研究方法及成果如下:（1）通过建立传统充填式沿空留巷与切顶成巷围岩结构模型,并进行比分析得到,沿预留巷顶板实施切顶后,切断了工作面上覆临近关键层向留巷围岩传递层间挤压等应力的路径,在留巷上方形成一楔形承压区,且通过切落形成的矸石对上位未切岩层的支撑,一定程度减弱了由于回采产生的采动动压对留巷围岩稳定性的影响;（2）利用因次矩阵法推导得出了模型试验设计的7类相似判据,结合现场研究的实际尺寸及室内模型试验研究尺寸,确定了相似试验的尺寸、力学及容重等相似比;基于力学相似设计了试验用普通锚杆（索）及恒阻大变形（NPR）锚索,并进行了巷内支护设计;以中砂岩为例,基于正交配比实验结果,进行了各个配比材料因素对模型岩体力学特性的比重分析,得出配比材料的密度主要受重晶石掺量影响最大,并与之呈正线性相关关系,石膏对抗压强度有较大的影响作用,并与之呈正线性相关关系,重晶石、石膏、细河沙及水掺量对试件内摩擦角度值的影响较小,同时对正交实验结果数据进行多元线性回归,得到了密度、抗压强度及内摩擦角的回归方程;（3）通过模型试验研究了沿工作面倾向上覆岩层的运动垮落特征及留巷在开采过程中的受力及变形特征,由试验得出采空区上覆岩体的垮落过程可划分为切缝范围内岩层的垮落及切缝上方未切岩层的运动垮落规律两大阶段,并得出岩层的整体垮落呈现时间及空间的非对称分布特征;通过应变监测得到留巷围岩浅部以受拉、深部受拉破坏为压,并通过变形可得知实体煤侧上部及顶板切缝侧变形最大,为破坏关键部位;通过模型红外温度场的变化特征得到留巷浅部顶板以及切缝面受垮落矸石挤压,为受力集中区容易产生破坏,实体煤一侧受工作面回采动产生的扰动应力叠加影响,浅部较容易产生张拉破坏;（4）基于薄板理论建立了传统采煤及110切顶成巷条件下不同边界条件的基本顶力学模型,推导出对应的薄板挠度方程及边界弯矩方程,得到了不同边界条件下基本顶板挠度的三维曲线,初步得出110工法条件下基本顶板的断裂方式,即切缝侧岩体率先断裂,且切缝侧工作面来压强度降低,来压步距增大,随着距离切缝愈远,逐渐恢复正常断裂;切缝上方的未切断岩层断裂呈非对称性,主要由于切缝一侧由于采空区充填高度大,导致其上方岩层整体下沉较未切缝侧小,地表下沉表现为同一规律;（5）提出了110工法条件下的自承压式巷道顶板结构,基于弹性梁理论建立了顶板的力学结构模型,推导出顶板的挠度方程,证实了切顶侧变形最大,为支护关键部位;（6）建立了物理模型试验尺度的数值模型,还原了模型试验的开挖步骤,并将得到的岩层运动、巷道变形与试验结果进行对比,得到较好的吻合;建立了不同开采工艺条件下现场尺度的数值模型,得出通过切顶可有效降低留巷侧实体煤应力集中程度,优化留巷围岩的应力状态,同时在工作面切缝区域附近形成一定范围的应力降低区,最后通过现场监测对试验、理论推导及数值模拟的结果进行了验证。