大倾角煤层长壁开采过程中采场围岩“关键域”的非确定性和“岩体结构”的“变异”是形成这类煤层开采岩层运动异常复杂且难以控制的关键。研究大倾角煤层长壁开采覆岩应力场形成及演化、岩体结构稳定性,奠定大倾角煤层安全高效开采理论基础,对丰富复杂埋藏条件煤层开采理论与技术具有重要意义。本文采用物理相似模拟实验、数值分析、理论分析、工程实践等相结合的综合研究方法,对大倾角煤层长壁采场覆岩运动破坏规律、应力场形成与演化特征、围岩“关键域”转化与岩体结构稳定性进行的系统研究表明:大倾角煤层开采过程中,沿工作面走向顶板运移具有时序性、不均衡性,工作面上部区域顶板最先发生垮落,垮落步距最小,下部区域顶板最后发生垮落,垮落步距最大;沿工作面倾向顶板岩梁中上部位置首先出现离层、破坏,导致顶板垮落形态向上部区域偏移,呈现出非对称拱形特征,垮落矸石沿工作面倾向滑移充填采空区,呈现下部充填压实、中部完全充填、上部部分充填的分区特征。大倾角煤层开采围岩应力重新分布,沿煤层走向呈对称拱形特征,沿煤层倾向呈非对称拱形特征,且受煤层倾角、采高等因素影响明显。在采场四周煤岩体中形成支承压力,且支承压力分布形式、大小、峰值点距煤壁距离等具有分区特性。应力分布沿煤层走向和倾向的叠加,形成大倾角煤层开采采场围岩空间应力拱壳。随着工作面推进,应力拱壳不断向采场四周煤岩体、上位岩层扩展,非对称特性显现程度增加。大倾角煤层开采覆岩在“应力-冒落”双拱作用下垮落形成非对称“拱壳”形态,“拱壳”区域岩层对覆岩活动起决定作用,称为覆岩“关键域”。沿工作面倾斜方向“关键域”转换导致形成层位不同,下部“关键域”向直接顶和伪顶岩层转移,关键岩块以直接垮落方式运移;中部“关键域”处于基本顶中下位岩层中,关键岩块运移方式为一次回转垮落;上部“关键域”向基本顶上位岩层中转移,关键岩块运移方式为二次回转垮落。沿工作面倾斜方向“关键域”关键岩块相互作用,形成倾向“梯阶”结构。不同区域不同位置“关键域”关键岩块的破坏失稳,引起覆岩空间“拱壳”结构动力失稳,“拱壳”结构失稳分为工作面上部区域壳基位置、壳肩位置、壳顶位置,工作面中部区域壳基位置、壳肩位置,工作面下部区域壳基位置等六个区域,“关键域”岩体结构变异导致工作面上部区域出现的高位失稳产生冲击性来压,工作面中下部区域低位失稳出现推垮型事故。针对枣泉煤矿120210大倾角工作面综放开采条件,分析采场“关键域”岩体结构失稳机制,建立以“支护系统工作阻力分区域控制技术、顶煤放出量分区域控制技术、工作面倾斜全长与区域分割相结合的全方位立体防护体系”为核心的围岩控制技术体系,有效控制了采场围岩岩体结构失稳,取得了良好技术经济与社会效益。