【摘 要】
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沿空留巷对于提高矿区煤炭采出率、延长矿井使用年限、减少巷道掘进量及防治瓦斯灾害具有重要的意义。针对坚硬顶板条件下,综采工作面沿空留巷出现的采空区顶板难垮落、动压扰动大、围岩应力集中的现象,导致留巷巷道围岩变形难以控制,以忻州窑矿8318工作面沿空留巷为工程背景,开展了现场调研、岩石力学测试、理论分析、数值模拟及现场工业性试验等工作,对坚硬顶板切顶留巷围岩支护控制技术进行了研究,主要研究成果如下:（
【基金项目】
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国家自然科学基金“超深矿井软岩裂隙-湿度-应力耦合蠕变破坏与高强控制机理研究”（5177041496）；
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沿空留巷对于提高矿区煤炭采出率、延长矿井使用年限、减少巷道掘进量及防治瓦斯灾害具有重要的意义。针对坚硬顶板条件下,综采工作面沿空留巷出现的采空区顶板难垮落、动压扰动大、围岩应力集中的现象,导致留巷巷道围岩变形难以控制,以忻州窑矿8318工作面沿空留巷为工程背景,开展了现场调研、岩石力学测试、理论分析、数值模拟及现场工业性试验等工作,对坚硬顶板切顶留巷围岩支护控制技术进行了研究,主要研究成果如下:（1）通过对现场资料与调研结果分析,结合室内力学测试结果,确定试验工作面为坚硬顶板的留巷地质条件。基于砌体梁理论,建立了留巷围岩稳态结构模型,分析得出巷内支护力的响应变化与留巷基本顶关键块体长度及其连接的采空区基本顶块体断裂长度有关。通过对比切顶技术发现,聚能爆破切顶技术特点较为鲜明,适用于坚硬顶板切顶以改变留巷顶板结构形态。（2）对比分析了切顶留巷与常规留巷方式的采空区基本顶破坏形态差异,以此为出发点,结合前文理论研究,提出切顶锚固协同控制留巷围岩的思路,并通过对切顶断裂结构模型的分析验证了协同控制的合理性,即合理的切顶预裂弱化代替部分切顶力,同时对留巷顶板进行合理的支护,使得顶板在切缝处出现破断,采空区顶板冒落形成矸石帮支撑上顶板覆岩层,降低留巷围岩支护压力。（3）根据留巷工作面实际条件,运用理论分析与UDEC数值模拟试验对切顶几何参数进行研究,通过模拟计算结果分析了不同切顶角度与切顶高度的留巷围岩演化规律,并最终优化确定出最佳切顶参数。（4）以切顶与支护协同控制思路为原则,结合悬吊理论与组合梁理论方法,对支护参数进行设计。建立留巷切顶岩梁简支梁模型力学分析,判断出顶板理论危险区域,以此为依据,进行巷内支护设计,最终确定留巷控制方案。利用数值模拟分析软件对不同支护方案下的围岩应力分布情况进行分析。经现场工业性试验验证与矿压监测数据评价,结果分析表明:上述围岩支护控制技术在坚硬顶板煤层沿空留巷应用较为合适,留巷效果较好,可为类似工程地质条件下无煤柱开采提供参考。该论文有图84幅,表6个,参考文献76篇。
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