随着我国经济飞速发展,对能源与矿产资源需求量持续增长。由于我国煤炭储量巨大,在未来的几十年内,煤炭在我国能源结构中的主体地位不会改变。但随着开采深度和强度不断增大,工程灾害也日益增多,如冲击地压、矿压显现加剧、巷道围岩大变形等,对资源的安全高效开采造成了巨大的威胁。切顶卸压自动成巷无煤柱开采技术的出现有效的解决了开采过程中的灾害问题。目前,该技术已经在全国煤炭行业广泛应用。预裂顶板岩层是成巷的关键工艺之一,当对单一较厚岩层进行预裂时,若不能将岩层完全预裂,未完全预裂顶板裂纹扩展规律及其力学特性决定其能否顺利垮落及影响巷道支护设计方案,目前就该问题尚缺乏深入的探讨和研究。因此,预裂岩石裂纹扩展规律及其力学特性的研究对切顶卸压自动成巷无煤柱开采技术的推广应用及理论体系的完善有着重要的学术价值和研究意义,研究成果将为切顶成巷支护设计提供重要的理论依据。本文通过理论分析、模型实验、数值实验相结合的手段,对预裂岩石裂纹扩展规律及其力学特性进行研究。研究的主要内容分为以下几个方面:（1）预裂岩石裂纹扩展机理及力学模型分析:通过对切顶卸压自动成巷技术工艺流程及其结构力学模型深入分析,简化其边界条件,建立预裂岩石力学模型。（2）预裂岩石裂纹扩展及力学特性实验研究:选用高强石膏制作不同高度预制裂纹试件,水膏比为0.6:1,试件尺寸为450mm×150mm×150mm。通过室内直剪实验,揭示了不同高度预制裂纹石膏试件在剪切荷载作用下裂纹扩展规律及其力学特性。结果表明:（1）当试件切缝率为0时,试件破坏时最终裂纹形态呈锯齿状,主裂面较为粗糙;当试件切缝率为13.3%～53.3%时,试件破坏时最终裂纹形态呈环状,主裂面相对光滑;当试件切缝率为73.3%时,试件破坏时最终裂纹形态呈弧线状,主裂面近似一条直线,最为光滑。（2）切缝率对试件强度有显著影响,随着切缝率增大,试件强度逐渐减小。（3）对切缝率与试件的峰值强度关系进行深入分析,得到巷道支护强度计算公式:q=λx+τ_c（λ<0）,λ受切缝率影响。（3）预裂岩石微观裂纹演化规律及力学特性数值实验研究:为深入研究预裂岩石试件微观裂纹演化规律及其力学特性,采用颗粒流数值软件PFC^3D对预裂岩石试件进行数值剪切实验,结果表明:（1）在剪切荷载作用下,当试件切缝率为0时,试件微裂纹首先出现在施加剪切荷载一端,再出现在试件另一端,随后两端微裂纹均向试件中心扩展,微裂纹扩展贯通最终形成宏观锯齿状破裂面;当试件切缝率为13.3%～73.3%时,试件微裂纹首先在裂纹尖端出现,并沿剪切应力方向扩展,当扩展到某一位置时,裂纹扩展速度变缓,试件上部出现微裂纹并加速扩展,同尖端产生裂纹扩展方向相反,微裂纹扩展贯通最终形成宏观环状破裂面;当切缝率为93.3%时,初始微裂纹产生于裂纹的尖端,随着剪切应力的增大,裂纹持续扩展至贯通,形成了近似直线的破裂面。（2）切缝率对试件强度有显著影响,随着切缝率增大,试件强度逐渐减小。（3）切缝率对试件微裂纹数量有显著影响,随着切缝率增大,试件微裂纹数量逐渐减少。对比分析数值实验结果与室内实验结果,发现数值实验结果和室内实验结果吻合度较高。（4）通过上述结论可以得出:在切顶成巷过程中,随着切缝率的增大,采空区顶板较为容易垮落,采动应力对沿空巷道稳定性影响较小,沿空巷道顶板变形量较小,巷道内所需支护强度也相对较低,有利于维护巷道的稳定。