长壁开采采场矿压显现强烈,尤其进入深部开采后,长壁开采引起的上覆岩层移动造成的矿井灾害日渐严峻,严重制约了矿井的安全高效生产。在矿压研究中,数值模拟以其不可比拟的特点与优势受到广泛应用,但传统数值模拟对长壁开采采场矿压显现的模拟结果与实际偏差较大。因此,改进长壁开采过程模拟方法,进行长壁开采采场矿压研究,为矿井灾害防控提供理论依据与现场指导具有重要的理论和现实意义。本文通过对长壁开采全过程中煤岩体损伤软化、顶板垮落、采空区充填及承压、岩层破断能量释放和液压支架压力监测等的分析,基于塑性理论、损伤软化模型、双屈服模型和FLAC3D FISH语言,开发了长壁开采全过程采场矿压数值模拟方法及其计算程序。结合工程实例验证了其正确性,并对开采过程中采动应力场演化特征、覆岩位移场变形特征、覆岩裂隙场破坏特征、岩层破断能量释放特征进行了模拟研究。主要研究成果如下:(1)开发了一种长壁开采全过程采场矿压数值模拟方法及其计算程序。运用该方法和程序对同忻煤矿8203工作面回采过程进行了数值模拟,结果表明,垮落高度与实测垮落高度的误差为0.77%;沉降量与实测沉降量吻合;监测的支架压力峰值与实测来压峰值相当,平均周期来压步距与实测数据的误差为1.5%,证明了该方法的可行性和有效性。(2)随工作面推进,采动应力影响高度和宽度逐渐增大,采空区两侧岩层动压系数整体也呈增大趋势,且岩层距离开采煤层越近其支承应力基本越大;在垮落带内,岩层垂向应力曲线呈拱形且较光滑,层位越低应力越大,但都明显小于原始应力;在裂隙带内,应力曲线大体仍呈拱形但波动较大,层位越低波动越大。(3)垮落带内岩层垂向位移曲线具有“逆层序排布”和“交叉”特征;裂隙带和弯曲下沉带内岩层垂向位移曲线具有“层序排布”特征;垮落带和裂隙带内岩层垂向位移曲线曲折,弯曲下沉带内岩层垂向位移曲线光滑;根据覆岩垂向位移曲线排布规律和形态特征可推断出“三带”分布高度。(4)覆岩破坏是剪切滑移和拉伸扩张双重作用的结果,覆岩塑性区的发展在主关键层开始发生破坏之前为缓慢发展阶段,以剪切塑性区的发展为主;其后为迅速发展阶段,塑性区随工作面推进几乎呈线性迅速发展,并以拉伸塑性区的发展为主,最终形成似梯形的塑性区分布形态。(5)直接顶破断释放能量小,无明显高能量事件发生;关键层高能量事件发生晚,其高能量事件的发生反映了该岩层的破断,其破断往往造成下位岩层高能量事件的发生;关键层控制范围内岩层能量释放量均较小;岩层释放的能量的突然增大往往对应工作面支架压力的降低;不同岩层破断释放的能量和高能量事件的发生位置反映了岩层的破断迁移。