巨厚坚硬岩层在中国很多矿区都有分布,巨厚坚硬岩层长期悬跨和瞬间破断极易诱发工作面压架、矿震、冲击地压、地表下沉和地表斑裂、离层水和瓦斯突涌等动力灾害的发生,制约着煤矿的安全生产。研究巨厚坚硬岩层破断运移规律、采场覆岩结构、采场覆岩裂隙发育规律、采动应力及煤岩体能量变化规律,对实现巨厚坚硬岩层下科学回采和防治动力灾害,具有重要的理论意义和应用价值。采用现场实测、相似材料模拟、机械模拟、数值计算和理论分析等研究手段,综合岩石力学、材料力学、弹性力学、土力学、采矿学、矿山压力与岩层控制等学科领域知识,对课题进行深入系统的研究。论文主要研究内容及获得的研究成果如下:(1)相似材料模拟实验表明:随工作面推进,上覆岩层以关键层为底托层成组破断,且每组岩层均呈不同角度破断。将不同岩性组合的覆岩在局部形成的破断结构分为下软上硬型结构和下硬上软型结构。宏观上由巨厚坚硬岩层及上下软弱岩层共同形成“I-II双梯形”结构。构建了关键层岩梁破断的力学模型,推导得出了关键层破断角的力学表达式,获得了关键层厚度和上覆载荷层厚度对关键层破断角的影响规律。基于土力学基础,建立了松散层滑移破断力学模型,推导得出松散层滑移破断角的力学计算表达式。建立了巨厚坚硬岩层采场上覆岩层结构与地表沉陷模型。(2)通过机械模拟实验研究了采场覆岩中有巨厚坚硬岩层和无巨厚坚硬岩层条件下覆岩破坏的发育形态,揭示了巨厚坚硬岩层影响下覆岩运移、离层发育等的特殊变化规律。(3)采用相似材料模拟实验模拟研究了覆岩裂隙动态演化过程,揭示了巨厚坚硬岩层对覆岩裂隙形成发展的影响,获得了覆岩水、气受裂隙演化的分布规律。基于关键层理论和“S-R”失稳理论,结合覆岩极限跨距与工作面推进距离关系,提出了采场覆岩“三带”层位判别方法,并提出了离层范围、离层量和离层体积的估算办法。(4)应用相似材料模拟实验、机械模拟实验和FLAC3D数值模拟软件,研究了巨厚坚硬岩层运动对采场应力及能量变化的影响规律。基于覆岩结构载荷传递特征及煤体极限承载能力,建立了采场覆岩结构载荷与支承压力计算模型,分析得出了支承压力与主关键层关系的表达式,对采场上覆硬厚主关键层破断前后支承压力的变化规律进行了定量分析。(5)优化了巨厚坚硬岩层影响下的煤层开采及顶板控制方法。结合杨柳煤矿10414工作面瓦斯喷孔、地表沉陷,10416工作面支架压力数据和鲍店煤矿103上02工作面开采过程的微震活动案例对部分结论进行了工程验证。