榆神矿区是我国重要的能源基地,矿区内煤层赋存结构简单,厚度较厚,适宜采用放顶煤开采,但因煤质较硬,存在顶煤不易冒放、周期来压动载系数大以及支架经常被压死等问题,严重影响了工作面的安全高效生产。为此,本文结合榆神矿区煤层赋存条件和安全高效开采要求,综合运用理论模型计算、数值仿真分析及现场实验等研究方法,对大采高综放开采支架-顶煤的耦合关系、大采高放顶煤液压支架动载响应特性及结构优化设计等科学问题进行研究,提出了坚硬、特厚煤层大采高综放开采的技术方案及实现途径。论文的主要研究工作如下:(1)针对坚硬特厚煤层综放开采特点,建立了顶煤松散体流动性模型,揭示了煤矸流动过程中的成拱机理,研究了顶煤的块度、放煤口尺寸、掩护梁倾角及尾梁支撑力对煤矸流动过程中成拱的影响,设计了新型三级放煤机构,有效改善了顶煤的冒放性。(2)基于支架-围岩耦合理论,建立了坚硬特厚煤层条件下支架-顶煤的耦合关系,研究了液压支架合力作用点、机采高度、支护强度、顶梁长度以及不同放煤步距对顶煤冒放性的影响,根据研究成果,通过改变放顶煤液压支架的结构形态,可以改变顶煤的破碎及冒放状态,从而提高工作面的回采率。(3)建立了液压支架的刚体动力学方程和动态载荷模型,对液压支架进行了刚度及动载测试,分析了液压支架动态承载特性,发现了液压支架承受动载时的响应特性约为静态载荷的1.5倍,为液压支架设计时的强度校核提供了的参考。(4)提出了基于遗传算法的液压支架四连杆优化设计和精度控制方法,研究了影响液压支架稳定性的关键因素,建立了两柱放顶煤液压支架的平面和空间力学模型,得到了支架合力在顶梁作用位置的空间解析结果,对比分析了两柱放顶煤液压支架和四柱放顶煤液压支架两种架型的承载性能,发现了在坚硬顶煤条件下,两柱放顶煤液压支架性能更优。(5)研制了ZFY18000/27/50D型两柱掩护式大采高放顶煤液压支架,并在神树畔煤矿进行了工程实践,提出了工作面配套交叉侧卸、大梯度过渡技术,进行了超大采高工作面矿山压力现场监测,验证了上述理论成果的可行性与可靠性。