沿空留巷为回采巷道最终利用目标,其留巷效果决定于巷道自身地质条件及巷道前期围岩控制质量。本文基于川煤集团回采巷道不同复杂的地质条件,以现场调研、理论分析、相似材料模拟、数值模拟为手段,建立了沿空留巷适应性分级系统,发现煤层倾角及顶板完整性对沿空留巷适应性影响最大,进而研究了特定地质条件下,近水平近距离煤层群切顶成巷技术,大倾角煤层沿空留巷关键技术及完整性差的巷道软顶岩体破坏机理,建立了沿空留巷顶板控制力学模型,系统分析了沿空留巷巷道前期围岩破坏特征及支护技术。论文主要内容及成果如下:1)建立沿空留巷适应性分级系统。以煤层倾角、煤层厚度、巷道埋深、直接顶岩性、直接顶影响系数及顶板完整性等6个地质因素评价沿空留巷适应性,并通过层次分析法得到了6个地质因素影响权重,发现煤层倾角、顶板完整性最高,即对沿空留巷适应性影响最大。其次,根据统计的145条沿空留巷巷道信息及现场经验,确定了沿空留巷适应性5个等级地质因素取值范围及每个等级留巷方式,并采用模糊综合评判方法对川煤集团矿井143条回采巷道进行了模糊等级匹配,分级结果得到了相关专家及工程师的普遍认同。2)提出切顶成巷垮落顶板“承载体结构”模型。以白皎煤矿近水平近距离煤层群地质条件为背景,开展了3条回采巷道切顶成巷平面相似材料模拟实验,发现切顶垮落后,巷道周边煤岩体出现明显的卸压现象;另外,3条回采巷道的留巷过程表明,当存在一定切顶偏移角,切顶高度大于采高,且垮落顶板未破坏时,最终形成“承载体结构”平衡模型,并对其进行受力分析,求解了巷道顶板平衡控制力与切顶偏移角及切顶高度的函数关系。3)提出大倾角煤层沿空留巷关键技术。通过对大倾角煤层老顶垮落结构、采空区充填特征、垮落矸石动力效应及应力重分布分析后发现,相对于近水平缓倾斜煤层,大倾角煤层沿空留巷过程更有利于巷道围岩稳定。然而,垮落矸石自然充填为大倾角煤层沿空留巷方式,其关键技术是实现巷旁有效挡矸,新研发的挡矸装置及注浆加固系统稳定性高,能很好抵抗垮落矸石冲击力及加固矸石与底板。4)研究了巷道软顶岩体破坏机理及支护技术。现场调研了软顶沿空留巷顶板破坏特征,发现受侧向压力卸压松动作用、低位岩层不均衡支护与不耦合支护的局部拉伸剪切作用、反复加卸压作用、动力扰动作用的严重影响,工作面端部顶板岩体大范围破坏,完整性及稳定性进一步恶化,并在沿空留巷滞后压力稳定区沿巷旁充填体外侧剪切断裂;最后,建立了关于煤层倾角、巷道宽度、软顶厚度、锚杆安装角等参数的锚杆极限拉力平衡方程,探讨了软顶支护对策。5)探讨了沿空留巷巷道前期松动圈断面特性。通过55条回采巷道松动圈地质雷达测试,发现回采巷道松动圈皆属于大松动圈,且顶板及高帮松动圈深度普遍大于低帮松动圈深度。然后,结合3DEC数值模拟结果及现场松动圈测试值,确定了回采巷道围岩松动圈断面范围,发现绝大多数巷道围岩松动圈断面呈椭圆形或者近似椭圆形,长轴沿着或者接近倾斜方向,短轴沿着或接近垂直层面方向,呈不对称分布;另外发现,巷道断面形状及巷道掘进方式对松动圈断面形状的影响可忽略。6)探讨了松动圈围岩基本支护初始承载特性。通过FLAC3D数值模拟实验分析得知,锚杆预紧力在锚固段岩体扩散范围小,主要扩散区间位于锚杆自由段。进一步分析发现高力学性能的锚杆及钢带,在高预紧力作用下,大松动圈围岩基本支护组合拱初始承载区厚度可为锚杆自由段长度;明确提出组合拱支护理论条件下,锚杆长度选取规则。