潞安矿区结合自身条件并经过多年的实践和探索,在高瓦斯厚煤层综放工作面普遍采用了双“U”型通风方式。但是,随着开采规模不断扩大,开采速度不断加快,综放工作面瓦斯涌出呈现出数量大、强度高、涌出不均衡的特点,从而为瓦斯灾害治理带来了新的挑战。基于此提出在原来双U型通风方式的基础上改成“三进一回”的Y型通风,胶带平巷、进风平巷为主进风巷,回风平巷为副进风巷。但无论原有的“两进两回”的双U型通风还是“三进一回”的Y型通风,都要求回风平巷在回采工作面后方保留一定的断面来满足通风、瓦斯治理要求,即综放沿空留巷。以往采用木垛进行护巷,存在部分采空区通风、坑木消耗量大、留巷断面小、工人劳动强度大、辅助运输工作量大、施工速度慢、留巷效果差、瓦斯排放效果差等缺点。为保证工作面后方巷道围岩的稳定和瓦斯排放的可靠性,提出了采用高水材料构筑巷旁充填体代替木垛的新型沿空留巷方法。但是综放工作面开采强度大,采动影响强烈,而且留巷巷道断面较大,其围岩稳定控制需要进一步研究认识,以其提供合理的综放沿空留巷围岩控制技术。本文在余吾煤业N2105综放工作面高水材料巷旁充填沿空留巷工程实践的基础,综合运用理论分析、实验室实验、数值计算和现场试验的方法,从综放沿空留巷顶板破断特征入手,建立了巷旁充填体与顶板相互作用力学模型,分析了顶煤在综放沿空留巷中的传递、承载能力,揭示了综放沿空留巷顶煤稳定控制机制,得到了综放沿空留巷大变形影响因素及影响规律,开发了综放沿空留巷围岩稳定的大变形控制技术,提出了“三进一回”Y型通风并确定了主副巷的配风比,得到了不同抽放条件下综放采场瓦斯运移规律及抽采效果。论文得到以下主要结论:(1)通过分析综放沿空留巷顶板侧向破断特征和沿空留巷实施条件,提出沿空留巷巷旁充填体首先在充填体外侧切断顶煤和直接顶,而后与基本顶上覆岩层载荷共同作用在充填体外侧切断基本顶;建立综放沿空留巷巷旁充填体与顶(板)煤相互作用的叠加层板力学模型,得到了切断顶煤、直接顶和基本顶三种不同时期巷旁充填体的支护阻力计算式;结合山西潞安集团余吾煤业N2105综放工作面生产地质条件,给出了切断直接顶、基本顶所需要的巷旁充填体支护阻力参数,切断基本顶所需要的支护阻力明显大于切断直接顶所需要的巷旁充填体支护阻力。(2)利用弹性力学,建立了综放沿空留巷巷旁支撑系统力学模型,得到了顶煤传递承载能力的计算式,计算结果表明:随着顶煤刚度的增加,巷旁支撑系统刚度增大,顶煤传递能力增大。(3)利用极限平衡理论,将充填区顶煤分为塑性区和滑移区,据此建立了综放沿空留巷充填区顶煤承载力学模型,得到了充填区顶煤承载能力的计算式,计算结果表明:随着采空侧对充填区顶煤的侧向作用力增大,顶煤的承载能力增大;随着顶煤单轴抗压强度增大,滑移面与垂直方向倾角α减小,顶煤的承载能力增大;随着塑性区顶煤围压系数增大,顶煤的承载能力增大。(4)分析了综放沿空留巷充填区顶煤稳定性变化,得到了充填区顶煤下沉量和垂直应力变化规律,结果表明:随着顶煤厚度增大、顶煤弹性模量减小、直接顶厚度减小、直接顶弹性模量增大,顶煤下沉量增加;随着顶煤厚度增大、顶煤弹性模量减小、直接顶厚度减小、直接顶弹性模量减小,顶煤垂直应力减小;随着巷道宽度增大、巷旁充填体宽度增大,顶煤下沉量增加、顶煤垂直应力先减小后增大。(5)提出了综放沿空留巷大变形控制原则,即提高实煤体帮支护强度、超前加固巷道上方顶板(煤)、构筑早强、增阻速度快的巷旁充填体、超前工作面加固充填区域顶煤、提高充填区域顶煤的围压效应。(6)研究了综放沿空留巷大变形影响因素及其影响规律,得到了围岩强度和巷道宽度对沿空留巷围岩稳定性的影响规律:增加顶板(顶煤)和煤柱帮强度可以有效减小巷道围岩变形,但是充填体变形量将增加、同时需要的充填体强度也要增加;增加巷道宽度,留巷围岩变形逐渐增大,其中顶、底板变形更加突出。(7)研究了综放沿空留巷巷旁支护技术及参数,得到了巷旁充填体宽度和巷旁充填体强度对综放沿空留巷围岩稳定性的影响规律,确定了综放沿空留巷巷旁支护技术具体参数。(8)提出了“控顶强帮”的巷内围岩控制原理,即顶煤(板)高强度高预应力锚杆和斜拉锚索支护技术和实煤体帮高强度高预应力让压锚杆支护技术;采用flac3d建立数值计算模型,研究综放沿空留巷巷内基本支护和加强支护技术及参数,得到了余吾煤业n2105回风平巷基本支护参数。(9)研究了综放沿空留巷顶煤稳定控制技术及参数,将综放沿空留巷顶煤分为充填体上方顶煤离层区、留巷上方顶煤拉破坏不稳定区、实煤体上方肩角剪切破坏区等三区,是围岩控制的关键部位;提出了高预应力高刚度锚索及时支护、高水材料构筑巷旁充填体及时支撑顶煤、充填区采空侧斜拉切顶锚索支护、控制合理的一次充填长度等充填区顶煤稳定控制技术,并确定了具体参数。(10)分别对3种主副巷配风比不同条件下,对工作面及采空区的瓦斯分布、工作面两端的压差、工作面向采空区的漏风量、工作面上隅角的风流分布进行了分析对比,研究结果表明当胶带平巷和回风平巷配风比为3:1即(胶带平巷和回风平巷的配风量分别为2700m3、900m3)时,采空区瓦斯爆炸界限宽度最窄,采空区漏风携带涌入工作面的瓦斯最少,工作面两端的压差最大,工作面上隅角区域产生的涡流区最小,风流的扰动作用最强,工作面通风和瓦斯治理效果也最好。(11)基于采动裂隙“O”型圈理论,通过数值计算和现场观测地面抽采钻井终孔垂高为22m,距离回风平巷为40m时抽采效果最好;裂隙带钻孔也是基于采动裂隙“O”型圈理论的基础上布置的,结合裂隙带钻孔布置的特征,其终孔布置位置应该优化为距离煤层底板垂高为26m,距离回风平巷平距为40m时,抽采效果较好。(12)根据N2105综放面采空区瓦斯分布规律可知,在采空区内回风平巷侧120m存在高浓度瓦斯富集区域,高浓度瓦斯会随着采空区的漏风风流运移到工作面及沿空留巷中,采空区埋管抽采时不仅要抽采靠近工作面20~50 m范围内的瓦斯,还需要加大采空区深部120m左右的高浓度瓦斯抽采力度,从本质上治理涌向工作面及沿空留巷的采空区高浓度瓦斯。(13)研究成果成功应用于余吾煤业N2105综放工作面沿空留巷,有效控制了沿空留巷的围岩变形,保证了瓦斯治理的断面需求,瓦斯抽采治理效果良好,取得了显著的技术、经济和社会效益。