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巷道顶板是巷道稳定性中的关键因素,目前顶板稳定性分析主要基于数值计算及现场实测,理论基础相对薄弱,对顶板承载机理的研究不够深入。本文在前人研究的基础上,将巷道顶板分为三类(均布载荷下薄直接顶、均布载荷下厚直接顶、均布载荷下复合岩层顶板),建立了不同类型顶板的力学计算模型,理论计算顶板内应力分布及顶板下沉,并通过数值计算、物理试验和工程实践相互验证。论文主要成果如下:(1)通过理论推导得到了一个新的侧向支承应力分布解析解,并通过数值计算进行了验证,二者吻合度高。(2)基于经典梁解法理论推导得到了均布载荷下薄直接顶应力分布及下沉并通过数值计算进行了验证,二者吻合度高;均布载荷下薄直接顶破坏形式有两种:一是底部拉应力导致的正截面破坏;二是顶板腰腹部拉应力和压应力共同作用导致的斜截面破坏;基于国投大同塔山煤矿10209回风平巷和新汶内蒙能源长城三矿1905S回采巷道工程验证了均布载荷下薄直接顶稳定性。(3)将均布载荷下厚直接顶视为深受弯岩梁,基于深梁杆件力学解法理论推导得到了均布载荷下厚直接顶应力分布及下沉;并通过数值计算进行了验证,二者应力基本趋势一致,水平应力在浅部围岩误差较小,深部围岩虽然误差较大,但是对顶板稳定性分析影响不大;均布载荷下厚直接顶垮落范围主要集中在巷道顶板浅部,深部围岩形成拱式受力体系;基于昌恒煤焦煤矿4101回采巷道和晋煤集团古书院矿1513061巷、1513063巷工程验证了均布载荷下单一厚岩层顶板稳定性。(4)基于深梁杆件力学解法理论推导得到了均布载荷下复合岩层顶板应力分布及下沉。相比较于厚岩层顶板,复合岩层相对不稳定,第一层顶板的稳定与否决定了巷道的稳定性,第一层顶板发生垮落要满足两点条件:(1)第一、二层岩层间接触面破坏,发生离层;(2)第一层顶板斜截面出现裂缝;复合岩层顶板破坏时,垮落范围主要集中在巷道顶板浅部,深部围岩也形成拱式受力体系;基于神州煤业4~#煤煤层巷道工程验证了均布载荷下复合岩层顶板稳定性。(5)基于压杆稳定理论推导了巷道顶板稳定性的临界压力和纵横弯曲条件下顶板弯矩和挠度。通过数值计算验证了FLAC 3D模拟压杆失稳的可行性,进而研究了原岩水平应力、接触面参数对巷道顶板稳定性的影响。