综放开采作为厚煤层的主要开采方式,生产过程中顶煤破裂状态的演变直接决定综采的回收率,与其他采煤方法相比,顶煤破裂转化机理尚不清晰,顶煤破裂经历了从连续、非连续到散体的复杂力学转化过程,亟需理论的提升和完善。覆岩-顶煤形成的复杂力学体系在综采中运动、失稳和破坏,其演变特性需要在综采过程中进一步揭示。借助综放开采相似材料模拟实验、现场矿压演变监测、顶煤声学特性测试、室内煤岩单轴压缩声学特性测试、综采光弹力学实验及颗粒离散元,阐述了综采过程中矿压演变规律,顶煤破裂的转化特性及顶煤颗粒簇团解体过程,揭示了综采过程中覆岩和顶煤中的力键-力链结构体系的演变特性及矿压演变特性。针对顶煤破裂在综采过程中从连续、非连续到散体的转化特点,提出用声速破裂度来分阶段划分,并建立了基于声学破裂度的应变型本构关系,为描述综采过程中顶煤破裂的转化提供了理论依据。论文取得的主要研究成果如下:(1)定量分析和研究了综采过程中顶煤破裂状态的演变特性。通过综采相似材料实验,对综采过程中顶煤破裂的演变划分为连续-非连续-散体三个阶段。展开综采过程中顶煤破裂状态演变的现场声学监测实验。并结合室内的煤岩单轴压缩声学特性实验,提出了顶煤破坏划分的五个破坏阶段,即既有破坏阶段、局部再破坏阶段、贯穿性破坏阶段、碎裂性破坏阶段和运动性破坏阶段。(2)建立了顶煤破裂状态的统一本构关系。针对综采顶煤破裂转变和室内煤岩声学特性实验,并结合煤岩的应变型本构关系,提出破裂统一本构关系,从声学破裂度和应变角度去描述破坏过程中煤岩的宏观力学行为。(3)颗粒粘结强度和接触刚度是煤颗粒簇团解体的重要力学参数。颗粒粘结强度和摩擦系数是颗粒簇团抗压强度的力学参数,决定簇团解体的受力幅度,颗粒接触刚度决定颗粒簇团解体的程度。(4)揭示了综采过程中“力键”-力链力学体系演变是引起矿压变化的重要原因。通过光弹实验,定性描述综采中多种压力组合作用下覆岩和顶煤中“力键”-力链力学体系的演变特性。(5)定量描述了综采过程中“力键”-力链力学体系的演变特性。利用计算机技术,对综采光弹力学实验中采场中的“力键”-力链进行定量化提取。描述了覆岩的沉降规律和综采过程中覆岩-顶煤结构体系拱结构的演变特点,揭示了顶煤压力变化与采场力学体系的“力键”-力链演化之间的关系。澄清了矿压演变与采场力学体系的力键-力链的内在关系。