煤层开采过程中,当松散层较厚时地表下沉系数接近于1.0,甚至出现下沉系数大于1.0的情况,而较大的地表下沉将对生态环境造成较大损害。为实现减小开采沉陷和保护生态环境的目的,本文采用实测数据分析、相似材料模拟试验、理论分析、数值模拟分析相结合的方法开展厚松散层下覆岩运动规律研究,探究煤层开采过程中基岩运动规律和厚松散层下沉规律,量化分析基岩下沉和厚松散层下沉在地表下沉中的比例;研究基岩运动中裂隙扩展规律和应力演化规律,揭示基岩运动与裂隙扩展、基岩运动与应力演化的相互关系;分析松散层厚度/基岩厚度、埋深/煤厚等尺寸参数,以及基岩抗拉强度、粘聚力、内摩擦角等力学参数在地表下沉中的作用;研究不同充采比对地表下沉的影响规律,为现场地表下沉控制提供依据。通过研究,本文取得的主要结论有:(1)相似模拟获得1305工作面基岩下沉在地表下沉中的比例达84.6%,进一步对比了有无松散层模型垮落带高度等参数的差异,确定垮落带高度受厚松散层影响较小,而裂隙扩展角在有无厚松散层模型中存在一定差异。(2)建立了考虑基岩沉降的成层土层疏水沉降模型,分别给出了考虑渗流和土体自重应力改变的成层土层沉降计算方法,结合现场数据,确定1305工作面回采过程中厚松散层疏水沉降量在地表总下沉量中的比例约为15.4%。(3)数值模拟获得当开采长度为220m时,两侧煤柱位置发生应力集中,应力集中程度随与煤层顶板距离的增加线性降低;采空区应力随与煤层顶板距离的增加线性增加;在工作面开采过程中,裂隙扩展规律,模型顶端走向中间测点下沉规律,煤层上方测点应力演化规律均可以分为四个阶段。(4)数值模拟获得在尺寸参数中,当r(松散层厚度/基岩厚度)<2时,随着r的增大下沉系数迅速增大,而当r≥2时下沉系数基本趋于稳定;下沉系数随着埋深/煤厚的增大线性降低。在力学参数中,下沉系数随着抗拉强度的增大逐渐降低;基岩厚度一定时,存在临界粘聚力数值和临界内摩擦角数值,在小于临界值的范围内分别提高两参数数值,下沉系数逐渐降低,当超过临界值进一步提高两参数数值,下沉系数基本无变化。此外,模拟获得当松散层厚度/基岩厚度越大时,充填对地表下沉的控制作用越明显。鉴于新疆、内蒙古等地区厚松散层赋存条件较普遍,同时,该地区生态环境较脆弱,生态环境保护的重要性更加突出,本文研究可为上述地区类似条件矿井开采提供指导,应用前景广阔。