煤炭资源日益减少枯竭,优质浅埋边角煤资源的回收利用势在必行。本文针对边角煤短壁开采采空区大面积悬顶、整体垮塌灾害事故,以神东矿区两种覆岩结构(薄基岩厚表土层、厚基岩薄表土层)浅埋边角煤为工程背景,提出了基于关键层区段顺序失稳控制的顶板全垮落法边角煤短壁连采技术。利用理论分析、实验室实验、数值模拟、现场监测等手段分析验证关键层区段顺序失稳控制的可行性,研究覆岩破坏规律和空间结构演化特征、隔离煤柱破坏形态及应力分布演化规律。设计区段开采顶板控制技术,综合实现边角煤短壁连采关键层区段顺序失稳控制的“前采后垮”、“有垮无害”,在榆家梁和上湾煤矿边角煤区域成功进行了工业性实践。本文主要研究成果如下:(1)浅埋边角煤顶板全垮落法短壁连采技术在分析边角煤短壁开采技术关键层破断运动机理(单区段运动、多区段运动、单区段稳定-大面积悬顶)的基础上,以控制覆岩大面积悬顶、减缓垮塌冲击程度为出发点,提出了基于关键层区段顺序失稳控制的顶板全垮落法边角煤短壁连采技术:完全取消区段内小煤柱,实现下位直接顶和基本顶连续破断运动;以区段关键层为基础控制单元,将关键层-煤柱视为相互作用系统,通过设计合理区段长度和隔离煤柱宽度(调控隔离煤柱位置和宽度),保证单区段内开采关键层稳定、多区段开采关键层-煤柱的协同顺序破坏失稳控制。(2)短壁连采关键层区段顺序失稳控制机理基于弹性薄板理论,分析关键层极限跨距变化规律,建立关键层区段顺序失稳控制区段长度设计准则。.以弹塑性理论和广义米塞斯准则,推导保证单区.段关键层稳定的隔离煤柱最小临界宽度、多区段关键层-煤柱协同顺序破坏失稳的隔离煤柱最大临界宽度。将关键层-煤柱视为相互作用的系统,以支承压力峰值系数为纽带,通过调节隔离煤柱位置和宽度调控关键层的区段顺序失稳控制,综合建立关键层区段顺序失稳控制机理及调控原则。(3)关键层区段顺序失稳覆岩破坏及空间结构演化特征以相似材料模拟实验,研究两种覆岩结构边角煤短壁连采关键层区段顺序失稳控制的覆岩破坏运动规律、单区段(多区段)关键层-煤柱系统的稳定性和破坏的协同顺序性、隔离煤柱破坏形态及过程、关键层破断运动规律及空间结构演化特征,综合验证关键层区段顺序失稳控制的可行性;分析厚基岩薄表土层条件下高位硬厚关键层初次破断后空间结构的稳定性,以及重复采动下二次失稳运动机理。(4)关键层区段顺序失稳煤柱应力分布演化规律建立两种覆岩结构边角煤短壁连采关键层区段顺序失稳控制的数值计算模型,分析单区段及多区段开采切块煤柱应力、隔离煤柱应力分布演化规律;综合隔离煤柱应力峰值分布演化规律,以及关键层-煤柱系统弹塑性区域发育分布规律,分析关键层-煤柱系统的稳定性。(5)短壁连采关键层区段顺序失稳控制技术及应用以线性支架和强制放顶技术控制关键层下位直接顶和基本顶,减小悬顶面积、延缓垮塌强度,保证作业空间安全稳定;设计弧形防冲密闭技术,延缓、阻断关键层区段破断引发的飓风冲击灾害,推导计算冲击压力、墙体厚度等相关参数。研究成果在神东矿区榆家梁和上湾煤矿边角煤区域成功进行了工业性实践,效果良好。