厚煤层大采高综采采场开采空间大、岩层移动垮落范围大，工作面易发生煤壁片帮、支架稳定性事故率高以及支架压死或损坏等问题，严重影响了大采高综采工作面的安全高效生产。因此，研究厚煤层大采高综采工作面覆岩破断失稳规律、结构特征、支架与围岩关系及其控制技术，对于我国厚煤层大采高综采实现安全高效生产具有重要的现实意义和理论价值。采用相似材料模拟试验和计算机数值计算研究了大采高综采工作面覆岩破断失稳规律及结构特征。研究表明，随着工作面的推进，大采高综采条件下，采空区空间大，直接顶垮落难以及时充满采空区，覆岩直接顶以组合悬梁的结构形式存在，传递覆岩对工作面支架的作用力；随着垮落高度的增加，冒落矸石逐渐充填采空区空间进而发挥对上覆岩层破断块体的支撑作用，但由于此时冒落矸石处于初始压缩阶段，密实度相对较低，可压缩量相对较大，顶板允许下沉空间超过顶板破断块体间极限挤压允许下沉量，块体间无法形成铰接岩梁结构，以非铰接岩梁的结构形式存在，并作用于冒落矸石及下部组合悬梁结构上方；覆岩垮落至一定高度后，采空区冒落矸石压缩量趋于有限，允许下沉量低于上覆岩层极限回转下沉量，破断块体间挤压力相对较大，形成铰接岩梁结构。因此，大采高综采工作面覆岩结构形态为“组合悬梁结构-非铰接顶板结构-铰接顶板结构”。基于大采高综采采空区冒落矸石的支撑作用对覆岩顶板失稳控制的显著性增强以及顶板自身挠曲变形的特点，引入了采空区矸石支撑系数表征采空区冒落矸石对覆岩顶板的支撑能力，分析了大采高综采采场覆岩破断失稳范围和结构区域大小。理论分析推导出了采空区冒落矸石作用下的顶板初次与周期破断步距的计算公式，得出顶板的破断步距不仅取决于顶板自身岩性、厚度及承载条件，而且还与采空区矸石支撑系数有关，且随矸石支撑系数的增加而不断增大，而矸石支撑系数又受煤层开采高度的影响，二者之间满足对数函数关系，且开采高度越大，矸石支撑系数越小。大采高开采条件下，矸石支撑系数相对较小，覆岩初次与周期破断步距有所减小。修正了传统的顶板垮落高度计算公式，得出顶板垮落高度的影响因素主要包括煤层开采高度、顶板分层极限挠曲变形量以及采空区矸石残余碎胀系数。理论上给出了覆岩顶板结构各区域长度与高度的确定方法。根据大采高综采工作面覆岩结构的受力状态，建立了支架与覆岩相互作用力学模型，对结构稳定性及其影响因素进行了分析，给出了工作面支架支护阻力计算公式。结合大同矿区晋华宫煤矿大采高综采工作面开采条件和覆岩结构区域尺寸判别方法，确定了工作面支架阻力大小。由于大采高工作面开采高度大，覆岩顶板产生挠曲变形的空间增大，允许顶板回转的角度增加，顶板铰接结构易发生回转变形失稳，从顶板控制的角度，应尽量采取措施减小覆岩铰接顶板允许下沉空间，提高采空区冒落矸石支撑系数，缓解工作面矿压显现。以晋华宫煤矿12#煤层大采高综采实践为工程背景，采用现场实测和理论分析相结合的方法，分析了8218大采高综采工作面矿压显现剧烈的原因主要为支架选型不合理，支护阻力不足，不能满足顶板支护的需要。基于上述研究成果，在8210工作面提出支架合理选型辅以超前预裂爆破顶板控制技术，现场应用取得了较好的顶板控制效果，确保了工作面的安全高效开采。本文关于厚煤层大采高综采覆岩破断失稳规律、支架与围岩关系及控制技术的研究成果，丰富了厚煤层开采理论与技术，为我国厚煤层大采高开采实现安全高效生产提供了理论基础。