覆岩破断和导水裂隙是影响矿井安全开采的重要因素,论文基于凉水井煤矿42114工作面地质条件,综合采用理论分析、物理模拟、数值模拟和工业性试验等研究方法,首先分析了薄基岩厚松散层覆岩破断特征及导水裂腺发育规律,然后又对不同松散层厚度、不同采高下导水裂隙带发育规律开展了较系统的分析,取得了如下主要结论:(1)基于关键层判别理论和钻孔桩柱状,判定42114工作面为单一关键层工作面,基岩层与松散层厚度之比为0.47,其中基岩层厚度50.15m,松散层厚度107.60m,(2)物理模拟表明,42114工作面直接顶初次垮落步距为20m,基本顶初次来压步距为40m,老顶周期来压步距约为16m,基本顶沿工作面煤壁全厚切落,切落角约为56°:基本顶上部岩层随着基本顶周期性破断回转下沉。随着工作面推进,工作面侧导水裂隙发育高度不断增大,采空区中部采动裂隙经历了“发育-张开-闭合”的周期性变化过程。导水裂隙最终发育高度68.9m,约为19倍采高,导水裂隙的最终分布形态为“半侧梯形”。(3)数值模拟表明,42114工作面直接顶初次垮落歩距为22m,基本项为初次来压歩距为38m,老顶周期来压步距为17m,基本项发生周期性破断时,基本顶上方基岩层与松散层结构失稳,与基本顶产生同步下沉现象,覆岩破断表现“台阶下沉”现象。随着工作面推进,工作面侧和开切眼侧导水裂隙发育高度不断增大,导水裂隙最终发育高度为78m,约为25倍采高,采空区中部大部分采动裂隙闭合,导水裂隙的最终分布形态为“梯形”。(4)物理模拟和数值模拟均表明,采动裂隙的发育规律有3个突变现象:第一,基本预初次破断之前,采动裂隙一直来贯通基本顶,基本顶发生初次来压时,离层裂隙迅速发育至基本顶上方基岩层中,导水裂隙未发育至基本顶上方基岩层中;第二,基本顶发生第1至2个周期来压后,离层裂隙首次且迅速发育至松散层底部,导水裂隙发育至基本顶上方岩层中;第三,继续推进工作面,离层裂隙继续向上发育直至地表,导至裂隙发育至松散层下部,导水裂隙发育高度基本稳定。(5)导水裂隙带高度主要影响因素为采高、基岩层和松散层厚度比值,其中导水裂隙带高度与采高呈正相关、与基岩层和松散层厚度比值呈负相关。同时得出,当基岩层和松散层厚度比值<0.8,采高为4.5m时,导水裂隙带高度为采高的20-24倍;当基岩层和松散层厚度比值>0.8,采高为4.5m时,导水裂隙直达地表。(6)基于多组不同松散层厚度、不同采高数值计算模型和现场实测数据,确定了在0.4<基岩层和松散层厚度比值<1.6,1.0m≤采高≤4.5m条件下,薄基岩厚松散层覆岩导水裂隙带高度二元一次函数关系式。