随着国民经济发展,对煤炭需求量不断增加,而我国煤炭露天开采所占比例却很少。当今,95%是地下井工开采。随着矿区开采深度的不断加大,开采环境逐渐劣化,突出矿井瓦斯涌出量随之增加。井下采掘活动过程中,解放层(保护层)工作面覆岩的变形与运动、破坏,煤与瓦斯突出矿井灾害事故越来越频繁、威胁也越来越大,严重制约着矿山企业的可持续发展。在煤层挖掘过程中,因岩体扰动产生了各种有利于瓦斯流通的“通道(裂隙)”。倘若能在采掘过程中认识到工作面顶底板变形、失稳破坏规律,及时采取相应的保护措施,将会大幅度地减少此类事故的发生。通过收集、查阅大量资料与文献,在矿山环境地质条件研究和岩体物理力学性质试验等基础上,采用室内试验、理论分析与数值计算模拟分析相结合的研究方式,取得了如下一些研究成果：(1)以“砌体梁”结构理论为基础,通过对基本顶岩层平衡结构模型的分析,得到了直接顶受力变形与煤层采高、岩体物理力学性质等因素有关。基于顶板关键块力学分析,构建采区基本顶地质原型,并结合临涣煤矿开采特点与岩体物理力学性质,生成力学模型,推演了岩体滑落和转动变形失稳模式的极限条件。当i≥0.3cosα1-sinα1/1-0.6soiα1时,岩体会发生滑落失稳。而当T≥α·η·q时,则处于变形失稳状态。借助采场围岩整体力学模型,揭露出7#煤层顶板下沉量随着支架阻力增大而减小,与杨氏模量却成正相关。发现在杨氏模量增大的同时,顶板下沉量也达到相应值。(2)充分运用断裂力学理论,获取了采区不同边界条件下采场围岩应力大小。通过系统详细地分析临涣煤矿工7116工作面采场边缘破坏区,依据摩尔-库伦准则,得到平面应力、应变状态下7#煤层底板岩层最大塑性破坏深度分别为10.6m、11.1lm和最大水平距离为2.83m。同时,利用塑性理论计算出7#煤层底板岩体最大破坏深度为23m。(3)数值模拟结果显示,临涣煤矿工7116顶底板岩体的竖直位移变化明显,其最大竖直位移分别为55mm和49mm,探讨应力演化全过程,弹塑性区展布并将理论计算与数值模拟结果比较,发现其可靠性较高。通过对7#煤层顶底板变形规律的研究,能够初步预测临涣煤矿工7116工作面煤与瓦斯突出区域和瓦斯聚积场所。瓦斯抽放方向明确、地域清楚,为采掘活动过程中瓦斯防治提供强有力的技术支撑,实现矿井安全高效生产。同时,对于类似条件的矿区或矿井的安全生产也具有较大的指导作用。