在中国煤层赋存条件差的区域,地质构造复杂,煤层厚度变化大,煤层赋存形态多变,给开采带来很多困难,严重影响煤炭资源的回收;探讨效益高、安全可靠的先进采煤方法,成为主要矛盾;其中,如何有效控制顶板便成为关键.为此,该课题就基于复合锚固对大面积项板进行有效控制的机理进行研究,为实现高效无人工作面开采提供基础.锚固机理的探讨,伴随着锚杆支护技术的推广应用一直是学术界和工程界关注的问题.主要有悬吊理论、组合梁理论、组合拱理论、最大水平应力理论以及围岩强度强化理论等;这些传统的锚杆支护理论对岩土锚固机理还没有完全搞清楚.基于上述情况,该文在前人研究的基础上,运用复合力学观点研究锚固机理,将该结果用在无人工作面顶板控制.该文的主要工作如下:1、采用复合力学原理,研究锚杆与不同围岩介质的复合机制:通过对含锚杆顶板裂纹的应力应变分析,建立了锚杆阻止离层扩展的力学模型.2、采用RFPA数值模拟软件,模拟研究两种不同采空跨度条件下的顶板破坏特征:单一采空跨度为15m时,伪顶与直接顶之间未产生离层,呈同步运动形态;而单一采空跨度达20m时,伪顶、直接顶将近乎同步产生离层,且伪顶先发生冒落,呈单独运动特点,这说明,在一定锚杆支护方式下,锚杆支护虽然增加了伪顶与直接顶之间整体性,减少了离层的发生.3、采用实验研究锚杆对岩石材料韧性、抗疲劳强度等的提高,分析了锚杆对项板的增韧、增强机制:顶板的凝聚力增加、顶板内摩擦角增加、顶板等效抗压(或抗拉)强度提高、顶板等效变形模量的增加、顶板抗疲劳性增强.4、现场研究基于复合锚固机理的控制效果:大范围空场内,通过"网块"锚杆方式,实现了对顶板冒落的有效控制;现场监测表明,工作面顶板冒落呈"紧跟冒落型"、"滞后冒落型"和由断层切割造成的"下分层小范围冒落型"等冒落形式,各种冒落的孕育、发育过程均伴有明显的矿压呈现特征信息,因而,冒落是可以监测预报的;同时"紧跟冒落型"与"滞后冒落型"在一定条件下可以相互转化,均匀、快速推进有利于顶板冒落向"滞后冒落型"转化,有利于工作面开采的安全.总之,该文基于"锚杆-岩体"复合作用机理对大面积顶板有效控制的研究,为无人工作面开采创造了条件