沿空留巷符合绿色采矿、科学采矿的发展方向,是一项很有前景的技术,但由于该类巷道顶板活动持续时间长、应力集中程度高、动压影响强烈,巷道变形破坏严重,维护困难,导致留巷应用停滞不前。已有研究对顶板结构运移和破坏规律、应力分布与动态演化规律方面研究尚不够深入,现有沿空留巷控制手段尚不能有效控制巷道变形破坏,制约着沿空留巷技术的应用与发展。本文采用理论分析、三维数值模拟计算、物理模拟实验和工业性试验相结合的方法,系统研究了巷旁充填体支护阻力、顶板垮落规律与变形特征、围岩应力演化规律,提出沿空留巷“三位一体”围岩强化控制技术,并在工程实践中得到了成功应用,取得了如下研究成果:(1)利用叠加连续层板模型,考虑巷帮煤体承载作用和顶板垮落诱因,得出了三种顶板条件下的巷旁支护阻力计算公式。(2)采用物理模拟实验,研究了三种典型条件下沿空留巷顶板垮落规律和变形特征。实验结果表明,基本顶破断位置随直接顶厚度的减小由采空侧向充填体不断靠近;基本顶回转角和顶板垮落角随直接顶厚度减小而增大。(3)运用三维数值模拟计算、平面应变物理模拟实验、现场实测相结合的研究手段,系统研究了三种典型顶板条件下巷道掘进、采动留巷、稳定过程中围岩应力动态发展与演化规律,分析了充填区域顶板承载性能对围岩应力分布的影响。(4)基于沿空留巷应力分布与破坏特征的阶段性,提出了采动应力调整阶段动态让压、整体强化的留巷围岩控制思想,形成了巷内锚杆强化、巷旁充填体强化、巷内自移式主动强力控顶支架辅助加强的“三位一体”强化支护技术体系。上述研究成果在顾桥煤矿、卧龙湖煤矿两个试验点3种典型顶板条件下得以成功应用。