论文针对错层位开采覆岩采动裂隙的生成与发育、被保护层的卸压效果及煤与瓦斯共采技术体系的建立与回采工艺的优化展开研究,采用理论分析、数值模拟、相似模拟实验以及现场实测等内容综合展开。首先,对厚煤层一次全高开采以及错层位单个工作面开采覆岩稳定与破坏展开研究,取得如下主要研究结论：(1)工作面回采对上覆岩层破坏高度是关系到瓦斯抽采的关键间题,因此首先对厚煤层一次全高开采覆岩的破坏高度进行确定,提出了基于关键层理论的覆岩三带划分方法,并对实际情况进行计算,通过与现场实测成果进行对比分析,认为新方法的判定结果更接近实测值。(2)在确定一次全高开采覆岩三带划分的基础上,针对错层位无煤柱开采多个搭接工作面体现出单一超长工作面的特点,首次提出错层位无煤柱搭接工作面覆岩三带划分的方法。(3)对于工作面开采倾斜方向覆岩采动裂隙的生成研究,首先采用破断梁理论进行,将首采工作面倾斜方向覆岩视为两端固支梁,给出了固支端的弯矩表达式以及破断准则,并认为工作面倾斜方向两端覆岩采动裂隙的高度基本相同,其内部任意一点应力表达式为：σ=Mh//J7/q/12(6Lx-6x2-L2)h’/J7并给出生成裂隙的准则为：6x2-6Lx+L2+/2(σ-X)h2/qtgφ≤0由于首采工作面沿倾斜方向两端均处于固支,因此认为首采工作面两端出现裂隙高度相同且基本对称。当开采错层位内错式无煤柱接续工作面时,由于两工作面之间无煤柱,岩梁相当于处于一端固支、一端悬臂的状态,其内部应力为：σ=3ql2/h2(l/h+3ql4/2Eh4-1)得到顶板出现裂隙的准则为：3ql2/h(l/h+3ql4/2Eh4-1)≥(σ-C)ctgφ在此基础上进一步给出顶板产生裂隙的位置,即岩层出现位移S,且S满足：S=hε=3ql2/Eh(l/h+3ql4/2Eh4-1)为了进一步反映随着工作面采动对覆岩稳定性的影响及裂隙的发育特点,采用弹性薄板力学模型重点对工作面两侧进行建模,分析其内部的应力与尺寸对裂隙发育的影响,得到如下结论：(1)首采工作面两侧实体煤侧对称出现裂隙,且应力大小基本相同,顶板初次断裂前两侧最大应力为：σ=-0.3qa2/h2相应的出现裂隙的工作面回采参数为：顶板发生断裂后,沿工作面倾向两侧最大应力为：σ=0.3378qa2/h2相应的出现裂隙的工作面回采参数为：基本顶发生断裂前后应力出现较小的变化,认为工作面倾斜方向两侧环形裂隙发育变化不大,当接续工作面开采后,由于两工作面之间无煤柱搭接,因此搭接处上方顶板不再出现新的裂隙,且随着上覆岩层的压实,部分裂隙会闭合,两个工作面体现单一工作面的特点,即在形成搭接的多个工作面的两侧出现裂隙区,其应力分布为：σ=1.854qa2/h2相应的出现裂隙的工作面回采参数为：接续工作面的基本顶发生初次断裂后,其应力分布为：σ=1.962qa2/h2相应的出现裂隙的工作面回采参数为：对比两工作面发现,接续工作面开采后,靠实体煤一侧的应力是首采工作面的6倍,因此认为错层位开采首采工作面与传统采煤方法相同,而由于取消区段护巷煤柱,接续工作面靠实体煤一侧的应力大,因此裂隙发育更加充分。(2)进一步对采场横向裂隙的发育规律展开研究,发现首采工作面开采期间,覆岩垮落压实,形成“O”型圈,接续工作面开采期间,由于无煤柱,覆岩垮落带与首采工作面形成一个整体,且随着工作面开采范围的增加而逐渐增大,整个采空区的形态表现为“O-L-O”型。在前述研究基础上,进一步对留煤柱与无煤柱开采保护层对被保护层的卸压效果进行研究,得到如下研究结论：(1)传统留煤柱护巷开采保护层,煤柱尺寸直接影响到与保护层对应的被保护层区域,煤柱中部存在原岩应力区的前提下,被保护层相应存在四个区：原岩应力区、应力增高区、部分卸压区及充分卸压区。(2)在采用错层位巷道布置开采保护层,由于相邻工作面之间实现完全无煤柱搭接,因此多个相邻工作面体现出单一工作面特点,被保护层中相应位置仅仅存在充分卸压区,且被保护层经历多次采动影响,卸压更充分。(3)进一步结合留煤柱护巷开采保护层,借鉴突变理论对留煤柱巷煤柱的合理尺寸进行公式推导,认为当留设煤柱的屈服区超过煤柱的88%就会有发生突变的可能性,在此,从实现被保护层充分卸压的角度出发,确定留设煤柱发生突变、破坏对于被保护层的连续、充分卸压有利,给出煤柱留设的合理尺寸为：a=[25mξ/22flnfR+kt/kt[1+f(1/ξ-1)ctgφ]|煤柱发生失稳的相应时间为：t=η/ElnE+λKdHaL=25mξL/22flnfR+kt/kt[1+f(1/ξ-1)ctgφ]η/ElnE+λ/Kdm工作面的推进速度需要满足：v≥÷22fE/25mξη/lnfR+kt/kt[1+f(1/ξ-1)ctgφlnE+λ/Kdm在此基础上,确定相应的开采顺序依次为：工作面1→工作面4→工作面2→工作面5→工作面3,相应的卸压区域包括在保护层开采工作面1时,被保护层仅仅形成卸压区域1,当保护层开采完工作面4与开采完工作面2后,形成卸压区域2,当保护层开采工作面5时,由于保护层工作面1与工作面2之间的煤柱发生破坏,在被保护层中形成卸压区域1-2。同理,在开采完保护层工作面3,将会形成被保护层卸压区域1-2-3,这样,考虑保护层工作面4与保护层工作面5的卸压效果,将在被保护层形成连续卸压区域。相应的保护范围,与传统护巷煤柱向比,充分卸压区域随着保护层工作面1的开采,被保护层的卸压范围由1’=L-2hctg6增加到保护层工作面2开采后的1"=2L+a-2hctgδ。(4)如采用错层位开采,与留煤柱相比,第一,可提高回采率；第二,不存在煤柱失稳带来的支护上的难题；第三,可避免煤柱不能及时垮落而影响被保护层的卸压效果。为了验证前述理论研究成果,先后对保护层开采进行了相似模拟实验与计算机数值模拟实验研究,研究中得到如下结论：(1)保护层开采过程中,随着倾斜工作面长度的增加,覆岩破坏的范围无论是横向还是纵向均增长；(2)采用错层位内错式无煤柱布置对上覆被保护层实现连续卸压有利,增加了倾斜方向的卸压范围,同时,被保护范围升高；(3)采用留煤柱护巷,煤柱造成上方被保护层存在应力升高区域,整个被保护层倾斜方向出现充分卸压范围、部分卸压区、应力增高区；(4)错层位内错式无煤柱布置接续工作面开采时,相当于增加了倾斜方向的开采范围,覆岩裂隙带发育高度增加,被保护煤层在裂隙带内的相对层位降低,认为采用错层位巷道布置对上覆被保护层的卸压更有利；(5)计算机数值模拟中,发现首采工作面开采过程中,纵向上,工作面两端巷道上方出现环形裂隙圈；横向上,工作面覆岩破坏范围为”O”型圈；(6)采用错层位内错式无煤柱布置时,接续工作面回采过程中,两工作面搭接部分裂隙逐渐压实,而在形成搭接工作面的两端出现纵向环形裂隙圈,且裂隙发育高度较单个工作面要高；横向上,接续工作面开采过程中,覆岩破坏范围经历“O-L-O"型；(7)为了进行对比,对工作面之间留设20m护巷煤柱进行数值模拟,发现两个工作面均在两端出现纵向上的环形裂隙圈,裂隙发育高度相同,小于错层位开采。结合错层位进行对比,认为留煤柱开采保护层需要每个工作面单独设置,而错层位巷道布置无煤柱开采可考虑搭接的多个工作面统一布置。最后,通过对错层位巷道布置覆岩纵向与横向裂隙及垮落特点进行总结概述,综合考虑形成无煤柱内错式搭接的多个工作面,建立了地面钻孔抽采瓦斯系统、U+L型+上向钻孔抽采瓦斯系统以及高抽巷抽采瓦斯系统,总体来看,错层位内错式无煤柱开采抽采瓦斯系统较传统留煤柱开采要简单,可大幅度节省巷道工程量。最后,结合实际工程背景开采下伏8#煤层保护上方2#被保护煤层,为了改善设计中存在的巷道工程量大、卸压范围小以及工作面瓦斯涌出量大的间题,首先提出采用错层位内错式巷道布置实现上覆2#被保护煤层,具有巷道工程量小、实现被保护层的连续卸压的特点,进一步结合工作面瓦斯涌出受日产量与推进速度的影响,进一步提出缩小保护层工作面倾斜长度(原设计长度250m,优化后125m)、增加日推进量(日进尺4.2m)的技术优化措施。