我国煤矿资源丰富,煤层赋存条件复杂,约有三分之一的煤层为坚硬难垮落顶板,具有硬度高、厚度大、整体性好且承载能力强等特点。煤层开采时易形成大面积悬顶且不易自然垮落,一旦垮落,面积大且矿压显现强烈,常伴有明显动力现象,易导致采场动力灾害。本文结合大同矿区同忻煤矿开采条件,基于关键层理论采用理论分析、三维数值模拟和二维相似模拟等方法对特厚煤层坚硬顶板水力压裂层位优化开展研究,力求在不同的方案条件下选择最优压裂方案,达到经济安全开采煤炭资源的目的。采用关键层理论对8102工作面进行关键层判别,研究坚硬顶板赋存状态因素对矿压显现的影响,以及水力致裂对矿压的控制规律,为水力压裂层位选择提供理论支撑。对工作面现场岩石力学性质进行实验测试,为后续模拟实验提供基本参数。采用数值模拟在不同压裂方案条件下对8102工作面应力场、塑性区和围岩变形情况进行了系统分析,模拟结果表明相比较于对KS2或PKS进行单层水力压裂,对KS2及PKS均采取水力压裂这一方案对8102工作面应力场弱化作用及巷道围岩变形抑制效应更为明显。针对不同坚硬关键层预裂方案对矿压控制的效果开展物理相似模拟实验研究,从关键层的破断步距、采空区微型支架工作阻力变化情况和采空区应力变化规律三个角度说明8102工作面采取水力压裂措施控制顶板破断和矿压显现的合理性,并且表明了同时致裂关键层2和主关键层这一方案的可行性和必要性。通过现场工业性实验,可知8102工作面顶板厚硬关键层被压裂后,工作面初次破断步距和周期来压步距均显著降低,表明针对8102工作面所进行的覆岩高位厚硬关键层水力压裂显著降低了工作面矿压显现强度,工程治理效果良好。论文共有图71幅,表16个,参考文献98篇。