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在煤矿生产中,回采巷道的长度约占巷道总长度的一半以上,采用沿空留巷技术可以解决煤柱损失问题,提高煤炭回收率,还可以达到有效治理工作面生产中瓦斯超限问题。因此,采用沿空留巷无煤柱护巷开采方法符合我国科学采矿、绿色采矿的发展方向。本文在前人研究的基础上,综合运用理论分析、数值模拟、现场试验等方法,从上覆岩层活动规律着手,建立了沿空留巷关键块结构稳定力学模型,分析了软介质充填体和实煤体帮的稳定性,揭示了沿空留巷围岩结构运动稳定机理,开发了沿空留巷围岩协调变形的控制技术,并在工业性试验中取得了十分满意的效果。主要研究成果如下: (1)根据沿空留巷空间结构特点,分析了坚硬顶板与巷支护系统的承载性的关系,提出了沿空留巷巷旁切顶支护载荷设计以覆岩前期活动规律为基础,最大支护变形主要以上覆岩层后期活动规律为依据,采用软介质充填体做为巷旁支护体,提出了沿空留巷围岩稳定性的控制技术。 (2)通过建立合理的沿空留巷矿压结构模型,分析了基本顶在从破断到形成关键块B的平衡过程中对巷道产生的影响,并得出了控制煤帮位移是控制整个沿空留巷巷道围岩大变形的关键。 (3)将充填体、软介质和煤帮简化成不同刚性系数的等效弹簧,分析了通过合理的软介质充填高度以及充填体强度参数设计可以实现顶板与煤帮-充填体之间的协调变形。根据能量守恒原理,确定了沿空留巷煤帮的稳定性判据,分析了煤帮的稳定性与直接顶载荷、巷内支护阻力和巷旁支护阻力等因素的关系,并结合工程实践的经验,提出了沿空留巷围岩协调变形控制原则。 (4)采用数值模拟分析软件,通过软介质充填体对沿空留巷围岩变形特征的影响进行模拟,详细分析了沿空留巷自开挖至二次采动影响各个阶段内巷道围岩的变形情况,括围岩表面变形、围岩应力和塑性区演化规律,揭示了沿空留巷围岩结构运动稳定机理。 以上述研究成果在姜家湾矿8#煤层8103工作面坚硬顶板条件下取得成功应用。