我国矿山顶板事故发生率在各类事故中占据高位,对煤炭安全开采威胁严重。本文综合采用理论计算分析、实验室实验、现场调研实测等方法研究了弹性基础边界采场基本顶板结构破断规律（包括破断位置、破断顺序、破断形态）、失稳灾变条件、破断扰动（反弹压缩）规律、灾害预警方法及应用。主要研究内容为:建立了6类弹性基础边界基本顶板结构力学模型,运用有限差分方法并根据主弯矩破断准则分别计算并得到了这6类基本顶板结构模型破断规律及其影响因素;建立了采场基本顶梯形砌体板结构稳定性力学模型,并计算得出板结构失稳条件及支架最小支护阻力;建立基本顶板结构破断与反弹压缩场时空演化规律力学模型,计算得到了岩板断裂范围和程度与反弹压缩量和区域之间的关系,得到了顶板断裂进程中反弹压缩场的时空演化规律,提出了反弹压缩信息的监测区域与指标,形成了相应的预警顶板灾害的原理方法体系。所得成果成功应用于晋华宫矿。得到的主要结论如下（下文中基本顶厚度、弹性模量为h、E,弹性基础系数为k）:（1）首采面弹性基础边界基本顶板结构破断规律:破断规律由k,跨度L和基本顶刚度D复合决定,长壁工作面基本顶的破断顺序及条件为（k/D）^1/4L>9.6时:长边深入煤体→采空区中部→短边深入煤体或长边深入煤体→短边深入煤体→中部,（k/D）^1/4L<9.4时:采空区中部→长边深入煤体→短边深入煤体,（k/D）^1/4L=（9.5±0.1）时,基本顶中部和长边深入煤体位置接近同时破断;对于方形工作面,（k/D）^1/4L>10.5时四边深入煤体区先破断,（k/D）^1/4L<10.1时采空区中部先破断,（k/D）^1/4L=（10.3±0.2）时四边深入煤体区与采空区中部接近同时破断。（2）短边一侧采空（煤柱）弹性基础边界基本顶板结构破断规律:①煤柱的宽度L_m及支撑系数k_m只显著影响煤柱侧基本顶的破断形式及整体破断形态;②h、E较小,L_m、k_m较大时,基本顶深入煤柱区的上表面会发生破断,破断顺序为:长边深入煤体上表面→中部下表面或实体煤侧短边深入煤体上表面→煤柱区上表面,最终破断形态为非对称“O-X”型;③ h、E较大,L_m、k_m较小时煤柱区基本顶的上表面不破断,破断顺序为:中部下表面→长边深入煤体上表面→实体煤侧短边深入煤体上表面,最终破断形态为非对称“U-X”型。（3）长边一侧采空（煤柱）弹性基础边界基本顶板结构破断规律:①煤柱宽度L_p与支撑系数k_p既可改变实体煤区及中部区主弯矩大小且可显著影响煤柱区基本顶破断形式及整体破断形态;②L_p、k_p较大,E、h较小,L较大时,煤柱区基本顶产生平行于煤柱轴向的断裂线,破断顺序为:长边实体煤区深入煤体上表面→采空区中部偏煤柱侧下表面→长边煤柱区上表面→短边深入煤体上表面,破断形态为非对称“O-X”型;③ L_p、k_p较小,E、h较大,L较小时,煤柱区基本顶不产生平行于煤柱轴向的断裂线,破断顺序为:采空区中部偏煤柱侧下表面→长边实体煤区深入煤体上表面→短边深入煤体上表面,破断形态为非对称“C-X”型。（4）短边两侧采空（煤柱）弹性基础边界基本顶板结构破断规律:①两侧煤柱的支撑系数k_m1、k_m2与宽度L₁、L₂只分别显著影响煤柱区基本顶主弯矩大小及位置;②L₁、k_m1、L₂、k_m2较小,E、h较大时,基本顶深入两侧煤柱区的上表面不破断,破断类型为:中部偏较弱煤柱侧下表面→长边偏较弱煤柱侧深入煤体上表面,最终破断形态为非对称“〓-X”型;③ L₁、k_m1、L₂、k_m2较大,E、h较小时煤柱区基本顶的上表面会破断,破断类型为:长边深入煤体偏较弱煤柱侧上表面→开采区中部偏较弱煤柱侧下表面→较强煤柱侧深入煤柱区上表面→较弱煤柱侧深入煤柱区上表面（或不破断）,最终破断形态为非对称“O-X”型或“U-X”型。（5）长边两侧采空（煤柱）弹性基础边界基本顶板结构破断规律:①煤柱的宽度L_c1、L_c2及支撑系数k_c1、k_c2不仅显著影响煤柱区的主弯矩大小以及是否发生平行于煤柱轴向的断裂线,且显著影响短边区及中部区主弯矩的大小;②E、h较大,L_c1、k_c1、L_c2及k_c2较小时,煤柱1区与煤柱2区基本顶上表面不破断,破断形态为非对称“||-X”型;③ h、E、L_c1及k_c1较小而L_c2及k_c2较大时煤柱1区的基本顶上表面不破断,而煤柱2区的会破断,破断形态为非对称“C-X”型;④两侧煤柱区宽度、支撑系数均较大,E、h较小时,破断形态为非对称“O-X”型。（6）各类弹性基础边界基本顶板结构模型满足比值不变规律,比值k/（Eh³）不变（k改变,E及h其中一个或两个均改变,煤柱弱化系数保持某个任意值不变）时,基本顶主弯矩及破断位置均不变。（7）采场基本顶梯形砌体板结构稳定性①采场基本顶梯形砌体板结构回转失稳的灾变条件:（?）②采场基本顶梯形砌体结构滑落失稳的灾变条件:（?）（8）弹性基础边界基本顶板结构初次破断反弹压缩场时空演化规律:①弹性基础边界基本顶板结构长边超前煤壁破断时,在断裂线外围依次产生“I级半椭圆反弹区”→“外边界为椭环形压缩区”→“II级椭环形反弹区”→“椭环形压缩区”。②分次破断形成的I级反弹区形态特征与一次破断形成的I级反弹区形态特征明显不同。首次断长较小且二次断长也较小时,断裂线外侧依次为“I级M型反弹区”→“外边界为椭环形压缩区”→“II级椭环形反弹区”。首次断长较大且二次断长也较大时,断裂线外侧依次为“I级M型反弹区”→“外边界为环8字型压缩区”→“II级环8字形反弹区”。（9）弹性基础边界基本顶板结构周期破断反弹压缩场时空演化规律:①基本顶板结构超前煤壁周期破断时断裂线外围依次产生“I级半椭圆反弹区”→“外边界为C型压缩区”→“II级C型反弹区”→“C型压缩区”,且II级反弹区的外边界到前方压缩区的外边界距离接近相等。②分次破断形成的I级反弹区形态特征与一次破断形成的I级反弹区形态特征明显不同:首次断长较小且二次断长也较小时,断裂线外侧依次为“I级M型反弹区”→“外边界为C型压缩区”→“II级C型反弹区”。首次断长较大且二次断长也较大时,裂线外侧依次为“I级M型反弹区”→“外边界为M型压缩区”→“II级M型反弹区”。（10）基本顶板结构初次破断与周期破断反弹压缩场时空演化规律的共同点①断裂线前侧I级反弹区中部反弹量最大,断裂线端部为压缩区。②基本顶的破断程度基本不改变反弹压缩区的分布形态,破断程度越大,反弹量越大。③ II级反弹区的内边线与外边线的间距基本相等,且II级反弹区包围了整个“已采区”,所以可在两巷区及邻侧巷道区监测到基本顶超前煤壁断裂产生的反弹压缩信息,且II级反弹区反弹量由内边界线向外边界线呈先增大后减小规律。（11）通过相似模拟实验验证了基本顶板结构破断与反弹压缩区域的关系。（12）形成了预警顶板灾害的“一同时、两滞后、两区域、两指标、两控制”原理方法体系,即基本顶破断与反弹压缩同时出现,工作面显著来压滞后于基本顶破断也滞后于反弹压缩现象,采用应力指标或者位移指标法在两巷及邻侧巷道区监测反弹压缩信息,预防出现基本顶切顶或回转失稳灾害。（13）所得结论应用于晋华宫矿,得到8707工作面基本顶梯形砌体板结构易发生滑落失稳,通过监测反弹压缩信息结合理论分析准确判断了基本顶超前煤壁的破断时间及位置,为防治工作面出现大面积切顶提供了时间和空间保障,实现了工作面安全回采。