煤炭在我国及世界的能源开发应用中,都具有极其重要的战略地位。然而随着煤炭资源的大规模开采,逐渐出现了开采深度增加、资源日益紧张、矿压控制困难等问题,传统煤炭开采方式及工艺亟待优化。切顶卸压无煤柱自动成巷开采工艺通过恒阻大变形锚索支护技术、双向聚能张拉爆破技术、成巷临时支护技术、碎石帮挡矸支护技术等的结合使用,能够实现采区无区段煤柱、无额外充填体开采,该技术大幅提高了采区煤炭采出率、降低了区段巷道的掘进率,具有广泛的应用前景及较高的研究价值。为进一步拓展该技术的适用地质条件,深化切顶卸压理论研究,挖掘切顶卸压技术的应用形式,本论文以塔山煤矿8304工作面为例,针对复合坚硬顶板条件下的切顶卸压无煤柱开采技术应用及矿压规律展开研究,具体研究内容如下:(1)对切顶卸压无煤柱自成巷技术的基本原理进行概述,在此基础上将该技术的工艺流程归纳为6步,并针对各工艺步骤提炼出切顶成巷的关键技术,包含双向聚能张拉爆破技术、恒阻大变形锚索支护技术、挡矸支护技术、临时支护技术、组合爆破技术等;随后,对切顶成巷过程中顺槽围岩的应力状态演化过程进行了推演总结,为后续切顶成巷顺槽支护设计提供了一定理论基础;最后,对试验工作面地质条件进行了汇总及初步分析,作为后续切顶成巷关键参数设计、矿压显现分析的基础资料。(2)针对试验工作面顶板复合坚硬的特点,对切顶成巷关键参数设计进行了系统研究。首先,通过顶板岩性窥视及岩石力学实验对顶板岩性进行详查;随后根据力学推导、几何分析等方法,对顶板切缝高度、角度等几何参数进行分区设计;之后,对顶板预裂切缝爆破相关关键参数进行试验确定及智能算法优化;最后对成巷各环节的顺槽支护进行了系统优化设计。设计研究得到了试验工作面切顶成巷各工序的关键参数,并形成了完整的设计方法体系,可为切顶成巷工法的优化、推广提供一定的设计借鉴。(3)针对试验工作面完成地质详查与切顶成巷设计后,采用现场试验、数值模拟等方法对切顶卸压机理及效应进行深入研究,进一步揭示切顶卸压条件下的成巷围岩结构及采场应力分布特征。首先以覆岩运动规律为基础,对切顶短臂梁的力学结构进行分析;随后对切顶成巷各工艺阶段的顺槽围岩应力分布特征进行探究;之后对该工艺条件下的工作面矿压显现特征进行研究总结;最后在上述研究基础上,对成巷复用过程的后续顺槽变形规律及工作面矿压规律进行拓展研究。通过对切顶成巷及复用完整工艺周期内顺槽变形及采场矿压规律的探究,不仅从理论层面进一步解释了切顶卸压原理,也在试验实践中验证了切顶卸压效应。(4)为探究不同复合顶板结构下的切顶卸压围岩矿压分布特征,进一步优化不同地质条件下的留巷支护设计,采用力学分析、数值模拟等手段针对复合顶板结构特征、复合顶板切顶卸压效应等问题展开研究,并以塔山煤矿8304工作面作为工程实例,通过现场矿压及留巷变形监测对理论研究结果进行验证。研究结果表明:复合顶板中软弱夹层在外力作用下易发生破坏,其层位分布对顶板整体特性有关键影响;在复合顶板切顶卸压沿空留巷中,当软弱层位于切顶层位中部时,留巷顺槽支护强度需求最高,当软弱层位于切顶层位顶部时,留巷顺槽支护强度需求最低;随着顶板切缝范围内软弱层层位高度的增加,实体煤侧应力集中峰值呈现先下降后上升,然后又下降的趋势,该变化趋势可用一元三次方程曲线进行拟合。(5)长壁工作面初采、末采顶板来压控制对其安全生产及接续具有重大影响,在切顶卸压技术机理研究及留巷应用的基础上,提出开切眼切顶卸压技术与回撤通道切顶卸压技术。首先针对两种技术的机理及相关关键参数设计方法进行总结;随后分别采用力学计算及数值模拟的方法对其切顶卸压效果及围岩应力演化过程进行分析,从理论层面验证了两种技术的可行性;最后以塔山煤矿8304工作面为例进行现场试验。现场试验结果表明,开切眼切顶卸压技术能够有效缩短工作面初次来压步距、减弱工作面初次来压强度,回撤通道切顶卸压技术能够有效减弱工作面末采矿压显现,均具有较好的卸压效果。