近年来,我国煤炭资源大规模开采的重心已由东部地区转移到了中西部地区,且这一趋势逐年在加强。其中,新疆、蒙陕等地区将成为我国今后很长一段时期的煤炭生产密集区。该区域内煤炭赋存普遍存在层数多、单层厚度大、节理裂隙不发育且硬度较高等特点。针对厚煤层开采主要包括大采高一次采全高以及放顶煤开采技术。由于煤层厚度大,节理裂隙不发育等特点,顶煤冒放困难,回采率低,严重制约了资源高效开发利用,对资源造成了极为严重的浪费,同时带来了严重的矿井安全生产隐患。本文以硫磺沟煤矿(9-15)06工作面为背景,综合采用理论、数值模拟分析以及现场工程试验相结合的方法,对厚硬煤层采空区下分层综放工作面矿压显现及顶煤弱化机制和技术进行了研究,取得的研究成果主要有以下方面:(1)以硫磺沟煤矿(9-15)06工作面为背景,通过建立厚硬煤层采空区下分层综放开采工作面顶板力学模型,分析了顶板(煤)受力特征,并利用FLAC3D软件通过建立煤层采空区下分层综放开采三维数值计算模型,系统研究了采空区下综放工作面顶板(煤)位移场、塑性破坏场及超前支承压力分布演化规律,并对工作面顶煤冒放性进行了分析评价。其结果表明,硫磺沟煤矿(9-15)06工作面顶板(煤)所承受的矿山压力较为缓和,顶板破断后,不利于顶煤的破碎,影响顶煤冒放效果,依靠矿山压力作用无法使用顶煤达到理想的破碎效果。(2)在工作面矿压特征及顶煤冒放性分析基础上,提出了采用水压致裂方法弱化顶煤强度,增加顶煤冒放性,并基于断裂力学理论建立了坚硬煤体水压致裂裂纹起裂和扩展力学模型,给出了煤体水压致裂起裂和扩展力学模型,给出了煤体水压致裂起裂压力的近似计算方法,并进行了算例分析。依据矿井煤层实际条件,采用RFPA2D-Flow数值模拟软件建立了坚硬煤体水压致裂过程的数值计算模型,通过分析水压致裂过程中AE声发射、水头压力分布规律,研究了水压致裂裂纹扩展的3个阶段,探讨了地应力环境、水压致裂钻孔直径对于裂纹扩展规律的影响规律,获得了最佳的水压致裂压裂孔径。(3)针对硫磺沟煤矿(9-15)06工作面概况,提出了工作面坚硬顶煤的水压致裂弱化方案,设计了相应的工艺流程,并采用岩层探测仪对水压致裂前后钻孔内裂纹扩展形态、裂隙分布特点进行了探测分析,从宏观角度揭示了水压致裂对煤体的弱化效果。现场观测表明:水压致裂对于改善、提高厚硬煤层内部裂隙发育度,降低坚硬煤体强度具有显著效果,可为厚硬煤层放顶煤开采顶煤冒放性差的治理提供参考。