极近距离或厚煤层下(分)层开采时,其顶板为采空区冒落岩块压实胶结形成的复合再生顶板,其结构具有碎裂特征,受扰动后极易失稳冒落。本文综合采用室内试验、现场探测、理论分析、数值模拟等手段,围绕采空区复合再生顶板碎裂结构的承载失稳与控制机理,对顶板岩石的力学特性、顶板破碎岩块的压缩及剪切强度特征、采空区复合再生顶板碎裂结构特征、下(分)层开采复合再生顶板稳定性与矿压显现特征、巷道再生顶板碎裂结构的承载失稳机理与控制进行了系统研究。(1)以岩石力学性质试验得到顶板岩层力学参数为基础,应用UDEC内置FISH语言编译了三角块体群建模及裂隙发育长度统计程序,构建了三角块体群数值试件,模拟了不同围压下试件的破裂形态,得到了压缩过程中裂隙的发育及分布规律。(2)设计研制了可脱模的破碎岩块压缩筒、圆柱试件剪切夹具,通过破碎岩块的压缩及剪切试验,得到了不同粒径、配比、压缩量下含油泥岩碎块的压缩特性,揭示了压缩试件的剪切强度参数与破碎岩块粒径及压缩率之间的关系。(3)构建了采空区复合再生顶板碎裂结构模型,分析了该结构的垂直分带及碎裂特征;基于该模型铺设了复合再生顶板结构相似材料试验模型,得到了不同压实时间及跨距下复合再生顶板冒落拱矢高的演化规律,分析了注浆对再生顶板岩块的再胶结作用,获得了下分层开采覆岩运动及矿压显现特征。(4)建立了不同层位巷道再生顶板碎裂结构的修正普氏拱、三铰拱力学模型,推导了修正普氏拱曲线方程及矢高表达式,给出了三铰拱结构的失稳判据,结合UDEC数值模拟,分析了巷道再生顶板碎裂结构的承载失稳机理。(5)构建了下分层工作面“支架—再生顶板”结构力学模型,分析了支架的受力特点,给出了支架受力的计算式,通过实例计算验证了支架的适应性;给出了巷道再生顶板控制方案,结合UDEC模拟分析了方案的控制机理及效果,通过现场应用及实测,验证了复合再生顶板控制方案的合理性。