提高煤炭资源回收效率、安全高效开采以及少掘少人一直是煤炭行业的发展目标,切顶卸压自成巷技术就是在此技术趋势下应运而生的。其通过巷道切顶技术预先断开巷道顶板,这样,工作面开采后,采空区顶板就自动沿切顶面垮落,保留下的巷道顶板组成相邻工作面的巷道,实现了自动留巷,回收工作面煤柱的同时,无需再构筑巷旁墙体。近年来,随着煤炭开采深度的不断增加,围岩高应力和软岩岩体成为了当前煤炭开采时无法回避的问题,具备软弱顶板、软弱底板和松软煤层的“三软”煤层开采后的巷道剧烈底臌和围岩大变形则成为了制约沿空留巷技术发展的关键问题之一。本文选取赵固一矿三软煤层切顶卸压自成巷试验工程为研究背景,综合运用理论分析、相似材料模型试验、数值模拟和现场工程应用等研究手段,围绕切顶这一关键技术,系统研究了切顶成巷过程中巷道围岩结构和采场应力的演化规律,以及由此而引出的对巷旁采空区矸石内应力场演化、底板非对称动压底臌机理和围岩协同一体化支护技术等方面的研究。取得了如下的研究成果:（1）基于采空区矸石的应力应变关系,研究了采空区矸石对上覆岩层运动和采场应力转移的作用机制,建立基本顶关键岩块和碎石墙帮的力学模型,得出采空区矸石内应力场分布和演化规律,以及保证基本顶岩块不发生滑落失稳时的合理巷旁支护阻力。研究发现,采空区矸石内应力场随着与工作面和临空巷道距离的增加而逐渐恢复,随着矸石初始抗压强度和实体煤帮支护强度的增加,采空区矸石内应力场恢复速度加快,恢复程度越高。基于理论分析结果,提出对于不易冒落顶板采取松动爆破,以及提高切顶巷道实体煤帮侧向支护强度的措施,提升采空区矸石内应力场应力水平,从而达到优化切顶巷道围岩应力环境的目的。（2）基于数值模拟研究方法,对切顶巷道在原岩应力、超前支承压力和采后侧向支承压力作用下的围岩和采场应力演化规律展开了研究,数值模拟发现,切顶对于巷道围岩的卸压作用主要是通过促使巷道两侧垂直应力向深部转移,同时将切缝侧岩体的部分载荷到转移到巷道另一侧来实现的。巷道顶板切缝面的存在使得工作面超前支承压力峰值向工作面前方转移,增大了超前支承压力的影响范围,同时在垂直工作面走向的工作面前方煤体内,切顶能够对其20m范围内的垂直应力产生卸压效应,并且在靠近切缝面的工作面端头前方煤体内形成“三角形”卸压区。而在工作面后方,实体煤帮的侧向支承压力分布受到采空区矸石应力的控制,随着矸石应力的恢复,实体煤帮的侧向支承压力向煤体深处转移,有助于成巷围岩的稳定。（3）通过相似材料模型开采试验,对三软煤层切顶成巷覆岩运动变形规律进行了研究,模型试验结果表明,工作面初次来压步距为33m,平均周期来压步距为11.7m,采空区垮落带高度为采高的3.2倍,未切顶侧顶板岩层的稳定垮落角约30°。相较于未切顶巷道,巷道切顶卸压后,其顶板下沉量、实体煤帮变形量和底臌量分别降低了17%、48%和16%。巷道和煤层底板随着工作面推进逐渐发生拉应变,造成浅部底板首先发生拉伸破坏,并且拉伸破坏深度不断向深部发展,使得巷道底臌成为围岩变形的主体,当滞后工作面超过70m时,底板破坏深度超过5m。（4）分析了切顶成巷下巷道底板两帮载荷的演化过程,并结合巷道底板结构的变化,建立了巷道底板在两帮对称静压作用下的力学模型,按照弹性力学中平面应力问题对其底板变形进行求解,得到了底板的挠曲线方程,此时的巷道底板变形关于巷道中心线对称,最大变形量出现在巷道底板表面的中点上。在底板煤层受采动影响后转变为散体结构时,利用朗肯土压力法,对巷道底板两帮非对称动压作用下的两帮底板破坏深度和被动塑性变形区宽度分别进行了理论推导,并根据两帮不同变形区宽度组合下的3种底臌类型进行了划分,确定16011轨道顺槽切顶成巷动压影响下的巷道底臌属于全断面底臌。基于底板破坏深度和变形区宽度计算公式的分析结果,提出从提高实体煤帮侧向支护强度和采取有效支护、加固措施提高底板煤层等效内摩擦角进行巷道底臌控制的思想。（5）从巷道围岩结构优化控制与围岩各组成部分协同支护的角度,提出了三软煤层切顶成巷围岩的三级协同控制体系,即切顶卸压顶板控制技术+顶板和煤帮恒阻让压支护技术+三软煤层反底梁底板等压支护技术。通过巷道顶-帮-底的协同一体化支护,实现了对三软煤层切顶成巷围岩结构和应力环境的主动控制,增强了围岩的整体性,充分调动了围岩结构自身的承载能力。切顶卸压自成巷技术在赵固一矿三软煤层中的成功应用,回收了大量的煤炭资源,其三软煤层切顶成巷围岩三级协同控制体系的提出和成功应用,为在类似条件下三软煤层矿井中推广使用切顶卸压自成巷技术打下了坚实的基础,丰富了切顶成巷在覆岩运动、应力转移规律和卸压机理等方面的研究成果。