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短壁连采是高效回采边角煤的有效途径，传统短壁连采法在采场留设大量煤柱支撑顶板，造成采空区顶板大面积悬空，威胁到作业人员及设备的安全。论文以榆家梁煤矿42213边角煤短壁开采为工程背景，综合运用室内试验、理论分析及数值模拟等手段，对直角梯形采场关键层破断机理及规律进行研究，基于关键层-煤柱协调失稳原理实现关键层顺序失稳的全部垮落法开采。主要研究内容及结论：利用弹性薄板理论建立了直角梯形薄板关键层力学模型，并采用康托洛维奇方法求解得到两邻边固支两邻边简支直角梯形薄板关键层的弯曲下沉解析解和应力分布表达式，给出了关键层发生剪切破断和拉伸破断两种破断失稳形式的判据，据此计算不同尺寸直角梯形采场的极限推进步距和极限悬顶面积；对直角梯形关键层应力演化规律进行理论分析，结合数值模拟研究，表明直角梯形关键层拉伸破断形态为“O-X”形，破断轨迹为关键层下表面中部裂隙向四个角点延伸与上表面沿端部发育裂隙贯通，且关键层弯曲破断时四周边界有上翘趋势；推导得出随采场推进的煤柱上载荷动态分布表达式，结合煤强度的尺寸效应，综合分析煤柱稳定性，进而确定了基于关键层—煤柱协调失稳的短壁采场设计方法并针对榆家梁煤矿42213边角煤进行区段开采方案设计；将防飓风冲击的直墙密闭优化设计为防冲性能更佳的弧形密闭，推导了弧形密闭参数计算公式并给出设计方法，最后针对榆家梁煤矿42213边角煤三个区段设计合理的防冲弧形密闭。