采空区顶板冒落对井下矿床开采和地压管理具有重要影响,为确保回采工作安全有序进行,同时也为探索预测采空区顶板冒落形态和冒落过程的新途径,本文从采空区顶板冒落的角度出发,以龙桥铁矿采空区为研究对象,结合该矿地质特征、开采情况、现场调查和采空区现状,采用计算机数值模拟方法,计算分析采空区顶板岩体破坏和冒落规律,分析缓倾斜硬岩矿床采空区顶板岩体冒落形态和冒落过程,并结合现场顶板钻孔监测工作展开研究。主要研究内容和结论如下:(1)基于前人研究成果,提出了硬岩空区顶板冒落判据。在借鉴前人研究成果的基础上,运用普氏冒落拱理论得出采空区顶板的冒落形态呈拱形,在此基础上分析了采空区顶板冒落判据,提出了在自重作用下顶板岩体发生冒落条件为临空面条件、破坏条件、平衡条件,三者缺一不可。(2)模拟程序二次开发,实现了硬岩矿床空区顶板冒落规律的模拟。采用基于有限差分法原理的FLAC3D软件对采空区进行了三维模拟,通过对FLAC3D程序的二次开发,形成了具有一定功能的采空区顶板冒落模拟程序,实现了对采空区顶板冒落形态和过程形象直观的描述,分析了在不同开采顺序下采空区顶板的应力、应变变化和位移分布情况。分析结果表明:顶板岩体在拉应力作用和有临空面条件下,随着采空区暴露面积的逐步增大,顶板拉应力不断增大,与岩体抗拉强度逐步接近,并最终导致顶板破坏,继而冒落。(3)多方案对比,提出了回采顺序优化方案。在详细分析龙桥铁矿现今采用的回采顺序的数值模拟计算结果基础上,通过对另两种不同开采方式的模拟分析,得出不同的开采方式对顶板岩体位移、拉应力和冒落岩石量均有显著影响的结论。无底柱分段崩落法中要求有一定的缓冲垫层,故采用方案二的开采顺序要优于另两种方案,即开采方式由中间向两侧开采的方式更理想。(4)结合现场监测,验证了模拟方法的可靠性。运用钻孔摄像观测手段获得了该矿顶板岩体冒落高度数据,其数据结果表明岩体冒落经历了“冒落—稳定—再冒落—再稳定”的过程。上述结论与数值模拟结果较为吻合,验证了该模拟方法是可行的,模拟方法为预测顶板冒落形态和冒落过程探索出了一条新途径。通过本文的研究,不仅对采空区顶板岩体冒落形态和冒落过程的预测进行了有益的探索,而且论文结合工程实际有一定的实用价值。