切顶成巷是实现无煤柱开采、抢救宝贵煤炭资源的一项重要技术。本文在山西河东煤田离柳矿区店坪矿工程地质条件分析基础上,运用理论分析、室内力学实验、物理模型实验、数值模拟、现场试验与矿压监测等多种手段,对店坪矿中厚煤层复合顶板切顶成巷开采技术、巷道围岩及采场覆岩运动特征、成巷机理和矿压显现规律进行研究分析。首先对切顶成巷的短臂梁基本理论和关键技术流程进行介绍,分析了恒阻锚索支护原理及力学性能,研究了恒阻锚索的高预紧力、大变形、防冲击3大优势特性在切顶成巷顶板支护上的重要作用。利用LS-DYNA软件模拟分析了聚能管的聚能爆破效应,指出定向预裂聚能爆破是切顶卸压的关键核心。针对中厚煤层切顶成巷,研究提出了综采工作面初采切顶、沿空巷道切顶和末采段切顶等多维度顶板切缝控制技术及深浅孔组合爆破切顶技术。将中厚煤层切顶成巷顶板运动划分为顶板运动初始阶段、顶板剧烈运动段、顶板缓慢运动段及顶板相对稳定阶段,归纳了四个阶段的巷道围岩控制形式。提出了中厚煤层架后挡矸护帮及临时支护技术体系,分析了不同赋存条件下的挡矸护帮及临时支护形式。针对切顶成巷围岩的运动特征和结构进行研究,以切顶碎胀为核心点描述了切顶成巷围岩的运动过程:切顶卸压—动压支护—矸石碎胀—双拱护巷—形成巷道。结合力学分析进行了切顶短臂梁动压受力模型顶板压力的计算,得到了顶板破断准则,为顶板控制设计和合理支护强度计算提供依据。建立了静压切顶碎胀双拱护巷结构模型,对成巷稳定机理进行了研究。“碎胀矸石-切顶短臂梁-实体煤”形成直接平衡拱,“采空区矸石-铰接传递岩梁-实体煤”形成基本平衡拱。在双平衡拱作用下,巷道位于低应力区内,保证了巷道围岩的稳定。对结构模型的碎石帮的碎胀规律和力学特征进行了分析,并通过切顶成巷数值模拟验证了双拱护巷结构模型的合理性。构建了中厚煤层复合顶板切顶成巷采场覆岩运动物理模型,通过高精度数字散斑测量系统及红外监测系统对覆岩运动过程位移场及温度场特征进行了分析,得到了切顶成巷机理、覆岩运动过程、岩层垮落沉降规律和运动特征,最后归纳得到切顶成巷覆岩运动非对称结构模型。该结构模型具有4个特征:(1)时间效应非对称性。受采前切顶卸压作用,采后切顶侧顶板更易垮落,而工作面非切顶侧顶板垮落运动相对滞后。(2)断裂线非对称性。由于切顶侧采空区充填效果较好,顶板沉降运动空间逐渐减小,导致岩梁断裂线逐渐向采空区方向偏移。(3)裂隙带高度非对称性。由于切顶范围内采空区充填良好,顶板可沉降范围空间较非切顶侧小,导致切顶成巷侧裂隙带高度约为6倍采高,小于正常8倍采高;(4)地表沉降非对称性。由于切顶侧充填效果好,覆岩优先进入缓慢下沉带,地表沉降量小。将上述主要研究成果应用于店坪矿10-100工作面,进行现场工业性实验。在分析工程地质条件的基础上,进行了岩石力学参数实验和顶板结构探测及区域划分,为切顶成巷参数设计提供依据。对恒阻锚索支护高度和位置进行分析,确定了店坪矿分区段支护设计理念和恒阻锚索支护设计参数。运用理论分析、数值分析和工程实践总结及现场试验,对定向预裂聚能爆破的炮孔参数、装药参数、封孔参数及爆破方式4个方面关键技术参数进行研究分析。进行了恒阻锚索补强支护、顶板定向预裂切缝、巷道挡矸支护、顶板临时支护的分区段针对性设计与施工,实践表明恒阻锚索补强支护强度满足要求,顶板定向预裂切缝效果较好,采后顶板能沿切缝线及时冒落,挡矸支护和顶板临时支护能够满足巷道围岩控制要求。临时支护回撤后最终成巷效果较好,能够满足留巷复用使用要求。在10-100工作面回采、回风巷留巷、留巷复用的过程中,进行了系统性的矿压监测,得到了巷道在“回采-留巷-复用”全过程中的矿压规律。揭示了巷道围岩非对称变形机制,对巷道围岩变形相关参数的关系进行了梳理。通过矿压监测分析得到工作面采前压力影响范围为33m,留巷后以顶板下沉速率为依据将留巷段围岩运动情况划分为三个区段:滞后工作面0～60m为顶板运动剧烈阶段;滞后工作面60～160m为顶板运动缓慢阶段;滞后工作面距离大于160m时顶板处于稳定阶段。锚索受力变形规律、顶板离层变化规律及门式支架压力变化规律均与围岩运动规律相符。采用切顶成巷关键技术后,留巷阶段巷道围岩变形量可控,巷道顶底板移近量为487mm,顶板下沉量为240mm,底鼓量为247mm;两帮移近量为462mm,正帮(矸石帮)移近量为220mm,副帮(实体煤帮)移近量为242mm。采用切顶卸压实现采空区碎胀充填后,切缝侧倾向30m范围内工作面压力较非切顶侧压力降低约16%。巷道复用期间围岩变形量小,顶底板移近量及两帮移近量均小于200mm。切顶成巷实现了煤炭资源节约型、环境友好型、安全经济型无煤柱开采。切顶成巷技术在店坪煤矿中厚煤层复合顶板条件下的成功应用,为山西炼宝贵煤柱资源回收探索出了新模式,应用前景广阔,具有巨大的社会和经济效益。