本论文针对两层近距离薄煤层开采二次沿空留巷开展研究,对二次留巷全过程中,采场围岩内应力和裂隙的分布、演化规律进行了分析。根据覆岩的破断规律和结构特征,揭示了不同开采阶段采场顶板结构的稳定性及巷道围岩的压力显现规律。分析了顶板内力、应力、块度分布规律和破断特征,建立了二次留巷关键块稳定性模型,分析了不同支护条件下关键块的稳定性。此外,还对散体矸石的力学性能进行了测试和研究。通过本论文的研究,主要获得以下成果和进展:(1)对二次留巷全过程中,采场卸压区形态、支承压、巷旁支护阻力以及裂隙的动态分布和演化规律进行了分析。通过定义颗粒间破断粘结与初始粘结数量的比值关系,建立了描述覆岩破坏状态的损伤因子,研究了不同开采时期采场围岩内的损伤演化规律。(2)基于变形和破断判据,对覆岩关键层位进行了判定。建立了基于能量守恒定律的裂隙带高度力学模型,根据韦家沟煤矿地质及开采条件,计算了裂隙带发育高度。根据分形理论,对采动覆岩在二次留巷不同阶段内裂隙的分形盒维数变化规律进行了分析,获得了二次留巷全过程中顶板破断及结构稳定性的变化规律。(3)基于颗粒流理论,选取颗粒和粘结的弹性模量、刚度比以及粒间摩擦系数为变量,对宏观强度、峰值应变和弹性模量的变化规律开展研究,获得了颗粒和粘结的细观参数变化时模型的宏观力学响应规律。基于参数敏感性分析及校验结果,分析了二次留巷裂隙场发育及演化规律。(4)建立了四边固支顶板模型,通过施加梯度载荷和均布载荷模拟不同煤层赋存条件。采用加权残数法,获得了基于挠度函数的顶板内力和应力分布函数。通过数值计算,获得了顶板在均布和梯度载荷作用下的破断规律,进而建立了破断岩块的铰接面平面桁架结构模型。采用机动法对破断岩块的尺寸特征函数进行了推导,并求解了各影响因素的敏感性。结果显示,在各因素中,岩层厚度对于关键块的破断尺度影响最大,其次为覆岩载荷,顶板的抗拉强度在较小的取值区间内影响较明显,工作面长度的影响最小。(5)基于二次沿空留巷顶板的变形及破断规律,建立了一次采动滞后段、二次采动超前段及二次采动滞后段沿空巷道关键块稳定性力学模型,分析了不同留巷时期,关键块的受力特征及平衡条件。建立了表征关键块稳定性的判断函数和,对不同开采阶段关键块在支护参数变化下的稳定性进行了分析,并模拟了不同端部条件下巷旁支护体的承载、变形及破坏规律。1K2K(6)针对矸石在自由压缩条件下的力学响应规律开展了颗粒流模拟和物理实验研究。在自由压缩下,小粒径矸石的增阻速率在前期比大粒径矸石小,后期增阻速率明显提升并大于大粒径矸石。符合Talbot级配的矸石前期变形量明显减小,增阻速率块,且施加锚固后的散体矸石承载性明显提升。矸石的自由压缩从时间上可分为三个阶段:自组织平衡阶段(I阶段),破碎压密阶段(II阶段)和固结增阻阶段(III阶段)。对处于II、III阶段的矸石而言,按受力状态的差异,从空间上可划分为:I区域,自组织平衡区;II区域,咬合破碎区;III区域,固结区。各区域呈近似同心圆形分布。其中,固结区是主要承载体,其受载变形规律将直接影响矸石的压缩性能。(7)根据二次沿空留巷顶板覆岩的运动规律,提出“合理选型支护材料,充分发挥围岩自承能力,支护系统力学性能耦合,合理设计支护工艺和全过程控制原则”的留巷支护思路。探索了采用“锚固矸石袋沿空留巷”方案进行二次留巷施工的可行性。针对矿井生产实际,形成了完整的支护方案。通过工程实践,获得了较好的巷道支护效果。