我国是一个能源需求大国,在发电供热方面煤炭是主要的能源。从煤炭的开采地域来看,最近几年华东、华北地区的煤炭开始出现萎缩,且开采深度和难度加大。随着西部地区的发展越来越快及对资源的需求越来越大,我国煤炭开采开始向西部转移。从储量上来,西部煤炭资源总量占全国的64.8%,2018年的生产产能为15.13亿万t,占全国的43.34%,因此布局西部煤炭开采是大势所趋。我国西部地区赋存有大量20m以上特厚煤层,其中大部分无法实现露天开采,国内外均没有成熟的理论与技术可借鉴,如何实现这类煤层安全高效的地下开采是一直没有解决的世界性难题。为了实现20m以上特厚煤层的安全高效开采,对特厚煤层中部卸压综放开采技术进行基础研究十分必要,因此其上部分层煤体（顶煤）自行垮落破碎程度和范围以及能否安全高效放出是本文的核心研究内容,故选取西部某矿5#主采煤层为研究对象,其埋深平均为552m,倾角平均为6°,煤厚平均26m,普氏系数为1.5,属中硬煤层。采用相似模拟、理论分析及数值模拟等手段对特厚煤层卸压综放开采的顶煤破碎块度、顶煤垮落破碎及运移特征、顶煤破碎影响因素等内容进行了详细的研究,并对其破碎机理进行初探,以期为这一开采技术在未来的工程应用提供理论支撑,主要结论如下:（1）卸压综放开采顶煤破碎块度采用相似模拟技术对开采过程中顶煤块体进行统计分析,研究特厚煤层卸压开采阶段与综放开采阶段顶煤的垮落破碎效果,并与相同条件特厚煤层分层综放的效果进行对比分析,进而评价特厚煤层卸压综放开采顶煤的冒放性,结果表明:卸压开采阶段,在支承压力及支架作用下,随着工作面的推进,后方顶煤块体体积越来越小,块体数量越来越多,揭示了顶煤的一次破碎效果;综放开采阶段,与卸压开采阶段相比,一定块体累计体积范围内,顶煤块体所占比例有所增大,顶煤块体数量明显增加,揭示了顶煤的二次破碎效果;特厚煤层卸压综放开采与上下分层综放开采相比,一定块体累计体积范围内,卸压开采顶煤块体块度较小,顶煤块体数量较多,说明卸压综放开采效果优于分层综放开采。（2）卸压综放开采顶煤垮落破碎及运移规律采用相似模拟及数值模拟等手段对顶煤垮落破碎及支架阻力分布特征、顶煤运移特征、顶煤位移场及矢量场和顶煤应力场及裂隙场等内容进行了详细的研究,结果表明:卸压开采阶段顶煤顶板垮落空间形态呈近似梯形,支架上方台阶状顶煤悬臂梁结构的破断和失稳具有周期效应,基本顶初次来压后出现切顶压架事故,综放开采阶段顶煤短悬臂梁结构首先破碎成较小块体结构,然后破碎成散体结构,且中位顶煤的总位移大于上位顶煤,揭示了特厚煤层卸压开采顶煤的一次及二次垮落破碎运移规律及范围:卸压面回采期间,初始阶段顶煤位移场几乎为0且变化不大,移架后期上位顶煤位移>中位顶煤位移>下位顶煤位移,堆积在采空区的块体顶煤位移场与支架正上方下位顶煤位移场无明显变化,综放面回采期间,位移矢量场集中分布在综放面右上方区域,与散斑分析结果一致,揭示了顶煤位移场及矢量场演化规律;卸压面回采期间,在支架作用下下位顶煤得到明显的破坏,产生两条长约10cm的裂隙,揭示了支架顶梁载荷分布对顶煤破坏的影响规律;在横向上,随着卸压工作面的推进,煤体裂隙逐渐发育并扩展,裂隙分维值增大,煤体更加破碎。在纵向上,煤体裂隙数目明显增多,且综放工作面的顶煤分维值大于卸压工作面,确定了顶煤裂隙演化与分形之间的关系;在卸压区上位顶煤垂直应力>中位顶煤垂直应力>下位顶煤垂直应力,在采空区两侧靠近采空区位置顶煤中出现应力集中现象,揭示了顶煤中应力的分布特征。在初始开采阶段顶煤位移变化不大,在卸压面推进中期,采空区上方顶煤位移呈多次起伏峰状分布,随着卸压面的继续推进,峰状起伏次数不断增加,总体上下位顶煤位移>中位顶煤位移>上位顶煤位移,综放面推进过程中,位移重新分布,不同位置顶煤位移规律基本为下位顶煤位移>中位顶煤位移>上位顶煤位移,揭示了顶煤的位移分布特征。（3）顶煤破坏影响因素采用数值模拟和小尺度相似模拟对煤层埋深、卸压层厚度、卸压层位置等影响顶煤破碎的因素进行研究,结果表明:随着埋深的增加顶煤位移越来越大,揭示了埋深对卸压开采顶煤破碎程度的影响规律;上位顶煤位移随卸压层厚度的增加呈越来越大的趋势,下位顶煤和中位顶煤变形规律和上位顶煤类似,且由于卸压时错动堆积,在中位顶煤和下位顶煤中形成了大量的宏观张开裂隙,导致位移呈锯齿状分布特征,揭示了顶煤破碎效果随卸压层厚度的变化规律。卸压层在位置Ⅰ处时顶煤整体破坏效果较好,即冒放性较好,卸压层在位置Ⅱ处时顶煤整体破坏效果一般,卸压层在位置Ⅲ处时顶煤整体破坏效果较差,揭示了卸压层位置对顶煤破碎效果的影响规律。随着加卸载次数的增加,顶煤裂隙条数和长度逐渐增加,可将顶煤裂隙分为竖向裂隙区和层状横向裂隙区,且顶煤裂隙分形维数随着对顶煤加卸载次数的增加呈现逐渐增大的趋势。（4）卸压综放开采顶煤破碎机理采用理论分析对特厚煤层卸压开采顶煤的破碎机理进行初探,结果表明:卸压开采阶段,顶煤未受到采空区冒落的煤岩块体支撑而呈周期性破断,并以倒台阶状悬臂梁结构形态直接作用于工作面支架上方,建立了顶煤的台阶状悬臂梁结构力学模型及顶煤结构失稳的条件。综放开采阶段,建立了顶煤二次破坏的块体结构模型及顶煤破坏的力学条件;卸压面前方煤体经历了从原岩应力到轴向应力增高、围压逐渐减小的完整过程,水平应力则由三向等压的静水压力状态逐渐减小,在煤壁处降为0。综放面前方煤体同样经历了从原岩应力到轴向应力增高、围压逐渐减小的完整过程,揭示了顶煤一次破碎和二次破碎时所处的应力环境;可将顶煤由应力重新平衡后的原始状态到架后冒落这一连续渐进的破坏过程人为地分为横三区和竖二区,横三区从左到右为裂隙区、块体区和散体区,竖二区从上到下为块体区和散体区,且散体区范围小于块体区。