煤炭在我国的主要能源中占据主要地位。近年来,随着开采深度的日益增大,深部地下工程灾害也与日俱增,对煤炭资源的安全高效开采带来巨大的威胁。无煤柱切顶卸压自成巷技术的出现有效的解决了深部地下工程开采过程中的一系列灾害问题。该技术基于“切顶短壁梁”理论,通过对工作面采空区顶板岩层进行预裂,切断采空区岩体和留巷顶板之间的联系,将不稳定的“长壁梁”转化为稳定的“短壁梁”,使岩体在应力和自重条件下自行垮落堆积,形成天然巷帮,不仅提高了煤炭的采出率,而且有效解决了施工安全问题,极大的提高了经济效益。切顶高度和切顶角度作为该技术的两项关键参数,影响着采空区顶板的垮落及卸压效果,直接决定了切顶成巷技术是否可以成功实施。因此,确定合理的预裂高度和角度,对切顶关键参数进行深入研究就显得至关重要。本文通过理论分析、模型实验相结合的方法,对不同岩石尺寸与空间尺寸的比值（S）下岩石初始碎胀系数（KS）、稳定碎胀系数（KP）变化规律以及压实过程中碎石位移、应变与应力之间的变化规律进行了研究;通过理论分析、数值模拟、模型实验相结合的方法,对不同预裂角度条件下多种强度岩石的裂纹扩展及岩石力学特性进行研究。主要研究结果如下:（1）空间体积相同时,岩石的碎胀系数会随着块度的增大而增大,当块度所对应的S值较大时,岩石就会出现明显的空间尺寸效应,具体反映在碎胀系数出现不规律性急剧增长的现象;实验表明,空间比S=0.2为空间尺寸效应显现的临界值,当S≤0.2时,岩石的空间尺寸效应可忽略不计,且此时岩石的碎胀系数随空间比增大而增大,两者可以采用线性关系来描述;当S＞0.2时,空间尺寸效应会逐步显现,S越大,空间尺寸效应越明显,碎胀系数递增速率越大。（2）岩石碎胀实验表明,在单轴压缩条件下,试样的接触方式有点接触、线接触和面接触三种,上部施加荷载之后,点接触的试样首先发生破坏,其次线接触的试样发生破坏,最后面接触试样发生破坏,且上部试样的破坏程度大于下部试样的破坏程度。压实过程可分为快速压实、缓慢压固、压实稳定3个阶段,且在同一空间内,碎石的压实位移峰值及其应变峰值均与空间比成正比,随空间比增大而增大。（3）采空区顶板岩层垮落体积、岩层裂隙带离层体积与地表沉降体积之和与煤层体积相等,空间比S影响着切顶高度的取值以及岩层裂隙带的计算。当S≤0.2时,切顶高度随空间比的增大而减小,呈反比趋势;且当S≤0.2时,岩层裂隙带离层体积与煤层体积呈现正向线性关系,斜率随S的增大而增大,截距为地表沉降体积。（4）通过对不同预裂角度岩石裂纹扩展进行研究,结果表明预裂岩石受剪破坏过程经历了弹性变形阶段、非稳定破裂发展阶段和破坏阶段,且剪切过程中应力峰值随预裂角度的增大而呈现递增趋势。（5）预裂岩石剪切破坏应力峰值同时受岩石强度和预裂角度的影响,表现为应力峰值与试件的抗压强度预裂切缝角度正相关;不同强度、不同预裂切缝角度试件分别自切缝尖端、剪应力施载处呈对向扩展,最终形成了倾斜的桑叶形破坏区域,且大部分右侧裂纹扩展区域在试件中部,并最后与切缝尖端贯通。（6）预裂岩石切缝尖端起裂角不仅与预裂切缝角度有关,而且还受岩石强度的影响,当水膏比为0.6和0.8时,切缝尖端起裂角随预裂角度的增大而减小;当水膏比为1.0时,切缝尖端起裂角随预裂角度的增大而逐渐增大。（7）单侧切缝试件在直剪实验过程中,当预裂切缝角α≤20°时,预裂切缝尖端裂纹沿先向上后向下的方向扩展,具有显著的闭合趋势;而当预裂切缝角α＞20°时,预制切缝尖端裂纹均沿斜上方向扩展,直至贯穿试件。