煤层开采前,煤岩体处于应力平衡状态,随着回采工作进行,破坏了原来的应力平衡,在煤岩体内形成不同的应力区。煤岩因而发生变形和破坏,上覆岩层断裂后的岩块向下垮落,在采空区上方自上而下依次形成弯曲下沉带、裂隙带和垮落带;采空区下方岩层受到支承压力向采空区鼓起,在采空区下方形成导水破坏带、保护带和承压水导升带。与水平煤层不同,倾斜煤层的开采会造成覆岩和采空区下方岩层应力分布特征及变形移动出现不均匀、不对称现象,在不同推进进度下周期来压与覆岩和采空区下方岩层的变形量也不相同。为了探究开采过程中煤岩应力场与破裂规律,本论文以川煤集团芙蓉公司某煤矿为研究对象,通过理论分析、三维相似模拟物理实验和基于FLAC3D的数值模拟实验相结合的方法对水平和倾斜煤层开采过程中煤岩应力分布特征与破裂规律进行了研究,得到了以下主要结论:(1)煤层的开采破坏了原有的应力平衡,随着煤层的推进在工作面前方形成超前支承压力,两侧产生侧向支承压力,工作面一定范围内出现明显的卸压状态,煤层推进过后采空区垮落岩块充填采空区,起到支撑作用,致使覆岩应力又一次出现回升,回升后的应力值接近原岩应力。(2)煤层回采过后,采空区上覆岩层向下沉降,底板岩层向上鼓起,变形量集中在岩层中部。随着覆岩层位的增加,煤岩的下沉量逐渐减小,发生变形的区域范围缩小,平面内的变形由中间向四周逐渐减小。随着底板深度的增加,底板抗开采的影响逐渐增大,平面内变形由中间向四周逐渐减小,大致呈现出“四周低中间高”的特征。(3)煤层的开采伴随有岩层拉伸扩张和剪切滑移的发生,破坏后的岩层形成裂隙场。在岩层水平切面内,裂隙分布呈“O”状,竖直剖面呈“抛椭”状。根据采空区煤岩塑性区分布特征,可以推断出上覆岩层中的裂隙带主要由剪切破坏造成,而拉伸破坏后岩层形成垮落带,上覆岩层最大破坏高度为43m左右,底板最大破坏深度在22m左右。(4)不同推进进度条件下,倾角的存在导致倾斜煤层工作面应力分布的不均匀,卸压垂直应力等值线在上覆岩层呈“拱”形,在底板岩层呈“勺”形,工作面两端上侧应力集中系数低于下侧;工作面宽度越大,工作面侧向应力集中区内应力等值线越密集,覆岩和采空区下方岩层位移范围和位移量均会扩大;煤层倾角(12°、30°、45°)越大,应力分布的不对称特征越明显;缓倾斜煤层覆岩和采空区下方岩层位移量与水平煤层相似,急倾斜煤层“勺”形位移等值线中心偏向于工作面下侧。