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顶板事故发生起数和死亡人数长期以来位居煤矿各类事故首位，据统计我国有约30～40%的矿井上覆岩层中存在厚度6～10m以上、普氏系数4～5以上的坚硬岩层。坚硬岩层覆岩结构具有系统性、复杂性，这类矿井开采时，易造成矿山压力显现强烈，甚至诱发冲击地压等动力灾害，危及井下人员安全。因此，研究坚硬岩层结构失稳特征及控制技术，实现坚硬岩层结构失稳运动的可知、可控，对矿井安全高效开采具有重要意义。
论文综合运用板壳力学、塑性力学等理论，XRD衍射测试、全元素测试、力学特性测试、相似材料模拟等实验室试验，FLAC数值模拟，物探测试、微震监测、矿压监测等现场实测多种研究方法。从坚硬岩层特性入手，确定了坚硬岩层特性判定指标；建立了坚硬岩层“多层位板式结构”系统模型，确定了多层坚硬岩层的失稳运动过程呈“低位悬臂结构→中位砌体结构→高位压力拱结构”渐进、复合等特征；建立了坚硬岩层弯曲平衡方程，确定了坚硬岩层协同变形载荷计算方法及坚硬岩层挠度函数求解方法，揭示了不同空间条件下坚硬岩层结构失稳特征，确定了坚硬岩层结构失稳影响因素，形成了坚硬岩层结构失稳运动规律分析方法；提出了坚硬岩层特性及其运动特征测试方法，揭示了坚硬岩层结构失稳能量释放特征，确定了坚硬岩层结构失稳能量释放与沿工作面方向悬露长度、失稳尺度、所受载荷、岩层厚度、弹性模量及泊松比等参数相关；以塔山煤矿8218工作面为例，应用坚硬岩层结构失稳运动规律分析方法，阐明了坚硬岩层失稳运动特征，确定了塔山煤矿上覆坚硬岩层结构失稳对矿压显现的控制作用；制定了坚硬岩层失稳控制原则，提出了多层位坚硬岩层协同控制技术，针对塔山煤矿8218工作面强烈矿压显现特征制定了多层位坚硬岩层井上下水力压裂控制技术现场试验方案，技术的成功应用实现了坚硬岩层结构失稳尺度的有效控制，降低了工作面及回采巷道矿压显现强度。
论文研究成果为揭示坚硬岩层结构失稳特征提供了理论依据，确定了目标坚硬岩层空间位置，实现了坚硬岩层结构失稳尺度的预测；多层位坚硬岩层井上下水力压裂控制技术对目标坚硬岩层进行了有效控制，降低了坚硬岩层结构失稳尺度，保障了坚硬岩层矿井安全高效生产。研究成果为煤矿坚硬岩层控制提供了理论指导和技术支撑。
论文综合运用板壳力学、塑性力学等理论，XRD衍射测试、全元素测试、力学特性测试、相似材料模拟等实验室试验，FLAC数值模拟，物探测试、微震监测、矿压监测等现场实测多种研究方法。从坚硬岩层特性入手，确定了坚硬岩层特性判定指标；建立了坚硬岩层“多层位板式结构”系统模型，确定了多层坚硬岩层的失稳运动过程呈“低位悬臂结构→中位砌体结构→高位压力拱结构”渐进、复合等特征；建立了坚硬岩层弯曲平衡方程，确定了坚硬岩层协同变形载荷计算方法及坚硬岩层挠度函数求解方法，揭示了不同空间条件下坚硬岩层结构失稳特征，确定了坚硬岩层结构失稳影响因素，形成了坚硬岩层结构失稳运动规律分析方法；提出了坚硬岩层特性及其运动特征测试方法，揭示了坚硬岩层结构失稳能量释放特征，确定了坚硬岩层结构失稳能量释放与沿工作面方向悬露长度、失稳尺度、所受载荷、岩层厚度、弹性模量及泊松比等参数相关；以塔山煤矿8218工作面为例，应用坚硬岩层结构失稳运动规律分析方法，阐明了坚硬岩层失稳运动特征，确定了塔山煤矿上覆坚硬岩层结构失稳对矿压显现的控制作用；制定了坚硬岩层失稳控制原则，提出了多层位坚硬岩层协同控制技术，针对塔山煤矿8218工作面强烈矿压显现特征制定了多层位坚硬岩层井上下水力压裂控制技术现场试验方案，技术的成功应用实现了坚硬岩层结构失稳尺度的有效控制，降低了工作面及回采巷道矿压显现强度。
论文研究成果为揭示坚硬岩层结构失稳特征提供了理论依据，确定了目标坚硬岩层空间位置，实现了坚硬岩层结构失稳尺度的预测；多层位坚硬岩层井上下水力压裂控制技术对目标坚硬岩层进行了有效控制，降低了坚硬岩层结构失稳尺度，保障了坚硬岩层矿井安全高效生产。研究成果为煤矿坚硬岩层控制提供了理论指导和技术支撑。