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2集贤煤矿沿空留巷可行性报告

龙煤集团双鸭山分公司

集贤煤矿沿空留巷及围岩控制关键技术研究

（可行性研究报告）

龙煤集团双鸭山分公司集贤煤矿

西安科技大学

二〇一一年十一月

目录

1研究目的及意义2

2国内外研究现状3

2.1国外沿空留巷技术研究的现状3

2.2我国沿空留巷技术发展现状4

2.3沿空留巷理论研究现状5

2.4沿空留巷巷内和巷旁支护主要形式6

2.5沿空留巷技术存在的问题及改进建议7

3项目研究的必要性8

4合作单位的研究基础与条件9

5拟承担单位的实施场地与技术基础条件11

6研究内容、研究方法及技术路线12

6.1研究内容12

6.2研究方法12

6.3技术路线13

7预期应用或产业化前景、市场需求14

8经费的预算15

9年度进度和目标15

10项目负责人、项目组成员及分工16

11参考文献17

1研究目的及意义

我国的煤炭生产多采用井工开采，生产矿井每年新掘巷道2万km，其中采区平巷进尺约占70%以上，绝大部分采区平巷长期以来一直沿用保留煤柱的方法维护，即在工作面之间留设3~5m的窄煤柱或15~30m的宽煤柱，其目的是为了防止工作面与相邻采空区通透漏风而引起采空区的自然发火，同时也兼顾了工作面矿山压力的影响。

区段煤柱虽然短期内对防治窜风、自然发火起到一定作用，但造成煤炭资源的浪费（约占全矿煤炭损失的40%）。

而且，采空区侧煤柱被压酥，甚至压碎，极易造成采空区煤柱自然发火，严重威胁矿井的安全生产；如煤柱留设不合理，易形成应力集中，造成其下伏巷道维护困难。

因此，研究区段不留煤柱，实现工作面“Y”型通风，有效解决上隅角瓦斯积聚难题；实现采区无煤柱护巷、提高煤炭回收率和降低巷道掘进率，对安全生产、增加经济效益和社会效益都具有十分重要的意义。

沿空留巷的基本方式是将当上区段工作面采过后，将上工作面的运输机巷或回风巷用专门的支护材料进行维护，使此保留下来的巷道作为下区段工作面的运输机巷或回风巷，这样一条巷道可以得到两次利用。

通过几十年来我国矿井的大量实践，可以认为沿空留巷主要具有以下几个优点：

（1）有利于合理开发煤炭资源，提高煤炭回采率。

由于沿空留巷可以不留煤柱，故大大提高了煤炭回采率。

据多数矿井的经验，沿空留巷一般可使回采率提高10～20%，有些矿井甚至提高25～30%，回采率的提高相当于增加矿井的储量，延长了矿井寿命。

（2）有利于改善巷道维护。

回采巷道由于受采动影响，巷道受压变形严重，维护困难，使劳动条件恶化，生产也不安全，这是长期未能解决的难题，大量现场经验表明，使用沿空留巷以后，矿井的巷道维护状况都有不同程度的改善。

经过巷内浇注混凝土沿空留巷实践，沿空留巷后巷道维护量相对较小。

（3）有利于降低巷道掘进率。

应用沿空留巷时，可在不同程度上降低巷道掘进量，因而可以降低巷道掘进率，可以根本上改善矿井采掘接替紧张的局面。

根据对现有无煤柱开采系统的分析，一般情况下，采用沿空留巷可使巷道掘进率降低10～33%，有些矿井降低的幅度达到了40%以上。

（4）有利于矿井安全生产。

由于沿空留巷大量降低了煤炭损失，故在很大程度上消除了自然发火的根源和机率，并且对瓦斯的涌出也有明显的降低作用。

可实现Y型通风与H型通风。

据研究，在正确进行通风管理的情况下，沿空留巷工作面回风流中的瓦斯含量与留煤柱时工作面相比可以减少30～50%，保证了安全生产。

（5）有利于改善矿井技术经济指标。

由于无煤柱开采具有上述的一些优点，即多回收煤炭资源，节约支护材料，降低巷道维护费，减少掘进费用等，因此可以明显提高矿井的经济效益。

沿空留巷是合理开发煤炭资源，提高煤炭回收率，改善巷道维护，减少巷道掘进量，有利于矿井安全生产和改善矿井技术经济效益的一项先进的地下开采技术。

推行沿空留巷，不仅对生产矿井进行技术改造、缓和采掘关系和延长矿井寿命具有现实意义，而且也是使煤炭企业改善安全条件和技术经济指标，增产、增盈减亏的主要途径之一。

沿空留巷技术能够较好地实现无煤柱护巷，无论是在利用煤炭资源上，还是在采煤方法上都比留煤柱护巷具有很好的技术经济优势。

2国内外研究现状

2.1国外沿空留巷技术研究的现状

国外沿空留巷做得较多的是前苏联、德国、英国、波兰等国家。

前苏联在应用沿空留巷技术方面做了大量的研究工作，在理论上，提出了各类顶板下应用沿空留巷的可行性，对留巷维护中有关的参数提出了理论计算方法或经验公式，并对留巷过程中采深和岩性不同时围岩移近量的方法进行了研究和实验测量。

德国无煤柱开采多为沿空留巷，其传统的巷旁支护多采用木垛、矸石带等，60年代末德国成功了采用石膏、飞灰加硅酸盐水泥、矸石加胶结料等低水材料作为巷旁充填，有效地减少了重型支架和巷道的变形，从而实现较大断面巷道二次利用，取得了良好经济效益。

英国煤层普遍较薄，多用沿空留巷，巷旁支护多采用矸石带，并研制出了矸石带机械化砌筑装置。

波兰无煤柱开采应用较多的是沿空留巷，在前进式或后退式采煤时都用单巷准备，沿空根据走向开采或倾斜开采地质条件，沿空留巷一般巷内支护采用金属可缩性支架，巷旁支护使用充填带、矸石带或混凝土墩柱等。

2.2我国沿空留巷技术发展现状

沿空留巷技术自20世纪50年代在我国开始使用以来，一直是我国煤炭开采的重要技术发展方向。

到目前为止，我国在沿空留巷理论与技术研究方面做了大量的工作，在条件较好的薄及中厚煤层采煤工作面的沿空留巷技术已日趋完善，巷旁支护、巷内支护、加强支护及煤帮加固技术已趋成熟，但在条件困难的中厚煤层或厚煤层较大断面巷道中采用沿空留巷技术仍存在着一些技术难题，使得一些矿井在应用沿空留巷技术时没有取得预期的效果，甚至留巷失败，从而限制了沿空留巷技术在我国更广泛地推广应用。

根据沿空留巷巷内和巷旁支护方式，我国沿空留巷技术的发展历程，大致可分为以下四个阶段。

第一阶段，20世纪50年代起，在煤厚1.5m以下的薄煤层中尝试着用矸石墙作巷旁支护维护工作面后方巷道，使一条巷道成功应用二次。

但由于矸石的沉缩量大，不能与巷内支架相匹配，使得巷内支架变形严重，维护工作量大，而且维护人员的安全性受到威胁。

第二阶段，20世纪60年代至70年代，在1.5~2.5m厚的煤层中应用密集支柱、木垛、矸石带、砌块等作为巷旁支护，巷内多采用木棚、工字钢梯形支架支护，沿空留巷取得了一定成功，并得到了一定程度的应用。

第三阶段，20世纪80年代至90年代，在大力推行综合机械化采煤后，随着采高不断增大、工作面推进加快、巷道顶底下沉量增大，我国煤矿工作者在引进、吸收国外的沿空留巷技术的同时，发展了高水巷旁充填护巷技术。

巷内多采用U型钢可缩性金属支架。

90年代初期，沿空留巷理论与技术有了较大的发展，但由于巷内支护大多为被动支护，加之巷旁充填技术还不完善，其支护技术难以适应大断面沿空留巷的要求，在90年代中后期，沿空留巷技术应用范围又呈减少趋势。

第四阶段，21世纪以来，随着锚网索支护技术的推广应用和巷旁充填技术的不断完善，我国在厚煤层综放工作面进行了沿空留巷技术试验研究，如潞安矿务局常村煤矿S2-6综放工作面，巷内采用锚梁网索联合支护，巷旁支护运用高水材料充填加上空间锚栓加固网技术，进行综放大断面沿空留巷试验，并取得初步成功。

2.3沿空留巷理论研究现状

国外沿空留巷研究已有较长的历史，较有影响的理论是英国南威尔斯大学斯麦脱（Smart）于1982年提出的岩梁倾斜理论。

该理论认为巷旁支护对巷道基本顶起控制作用，主张用控制巷道煤柱侧和巷旁支护侧的顶板下沉量，即控制顶板倾斜度的方法作为设计巷旁支护工作阻力和可缩量的依据。

孙恒虎教授等根据煤层顶板特征和弹塑性力学的有关理论，将长壁工作面沿空留巷的煤层顶板简化成了层间结合力忽略不计的矩形“叠加层板”，认为沿空留巷支护载荷只与短支承边界的载荷有关。

郭育光教授等研究认为，巷旁支护应具有早期强度高、增阻速度快的特点，紧随工作面构筑，及时支护直接顶，避免与上部基本顶离层，并切断直接顶，减小巷旁支护载荷，控制巷道变形随着工作面推进，巷旁支护阻力应达到切顶阻力，当基本顶弯矩在巷旁支护边缘附近达到极限时，切断基本顶。

垮落的矸石由于破碎后体积增大，当充满采空区时，更上位岩层在煤体和矸石的支撑下取得运动平衡，巷道围岩变形趋向缓和。

采高决定巷旁支护的切顶高度。

巷旁支护阻力大小应根据块体不同时期的平衡条件推导出不同时期的巷旁支护阻力的计算式。

李化敏教授分析了沿空留巷顶板岩层运动的过程及其变形特征，明确了顶板岩层运动各阶段巷旁充填体的作用，根据充填体与顶板相互作用原理，确定了各阶段沿空留巷巷旁充填体支护阻力的控制设计原则，并建立了相应的支护阻力及合理压缩量数学模型。

漆泰岳教授等通过现场实测和理论分析对不同围岩条件下基本顶断裂引起的整体浇注护巷带的支护强度和变形能力进行了深入研究，提出了使沿空留巷巷道保持稳定的整体浇注护巷带支护强度与变形的理论计算方法，进而对沿空留巷整体浇注护巷带的适应性进行了研究。

谢文兵教授等在工程实践基础上，采用适于分析岩层断裂和垮落的数值分析软件UDEC建立相应的数值分析模型，详细分析了综放沿空留巷围岩移动规律，系统分析了基本顶断裂位置、端头不放顶煤长度、原有巷道支护技术、充填体宽度、充填方式和充填体强度对综放沿空留巷围岩稳定性影响规律，得出了许多有益的结论。

研究结果表明，在保证顶煤及顶板稳定前提下，合理利用围岩移动规律，确定合理充填方式和充填体强度，既能保证充填体稳定，又能达到很好的留巷效果。

朱川曲教授等根据综放沿空留巷围岩变形大且围岩力学参数中有许多随机变量的特征，阐述了其支护结构可靠性分析的必要性。

应用工程结构可靠性理论，建立了综放沿空留巷支护结构可靠性分析模型，得到了支护结构可靠度的计算公式。

研究认为，通过合理选择锚杆类型、加大锚杆支护密度、改善锚固体及充填材料力学性能等措施，可达到提高综放沿空留巷支护结构可靠性的目的。

华心祝从如何提高顶板岩层的自承载能力入手，提出了一种主动的巷旁加强支护方式―巷旁锚索加强支护，建立了考虑巷帮煤体承载作用和巷旁锚索加强作用的沿空留巷力学模型，并分析了巷内锚杆支护和巷旁锚索加强支护的作用机理。

利用理论分析所得结论，进行了工程实践，为较大采高工作面沿空留巷技术提供了理论依据和借鉴经验。

2.4沿空留巷巷内和巷旁支护主要形式

（1）巷内支护主要形式

目前我国沿空留巷巷内主要支护形式有以下几种：

①工字钢梯形刚性金属支架；

②工字钢梯形可缩性金属支架；

③U型钢可缩性金属支架；

④锚杆支护；

⑤锚网索支护；

⑥联合支护。

（2）巷旁支护主要形式

我国煤矿在应用沿空留巷技术时，绝大多数都要设置巷旁支护。

应用较多的巷旁支护形式有以下几种：

①木垛；

②密集支柱；

③矸石带；

④砌块墙；

⑤巷旁充填墙。

2.5沿空留巷技术存在的问题及改进建议

到目前为止，我国在沿空留巷技术的应用方面进行了许多的探索，积累了丰富的经验，从薄煤层到厚煤层，从缓倾斜煤层到急倾斜煤层，都已有沿空留巷的成功经验。

但是，由于我国煤矿地质条件多样，沿空留巷围岩控制机理研究复杂、巷旁支护技术还不十分完善，在沿空留巷技术研究与应用中仍存在着不足之处，目前在支护设计思路、巷内支护、巷旁支护及理论研究方面还存在一定问题。

（1）支护设计思路问题

以往采用沿空留巷技术，支护设计思路不合理，大多将工作面回采前的巷道掘进与回采后的留巷相互独立，没有统筹考虑，没有将沿空留巷视为一项系统工程，如在对需要保留的巷道掘进前，进行巷道支护形式选择和支护参数设计时，没有预先考虑后期沿空留巷技术的需要，从而导致沿空留巷后巷内支护体强度不能满足两次采动影响的要求、巷内支护与巷旁支护不匹配，使留巷效果达不到预期目标，甚至失败。

（2）巷内支护问题

大量理论研究和生产实践表明，如何提高巷道围岩强度，并正确选择合适的巷内支护方式是保证所留巷道在留巷后巷道稳定的关键。

随着综采、综放采煤技术的发展，工作面采高逐渐加大，由于工作面一次采出的煤层厚度增大，上覆岩层活动程度及波及的范围相应增加，回采巷道压力随采高的增加而增加，以及已采区和工作面采动引起的支承压力的叠加作用，使巷道围岩应力增加，使得工作面超前支承压力影响距离加大，矿压显现剧烈，沿空留巷的顶板下沉量随开采厚度增加而增大，在工作面前方附近，巷道断面收缩率较大，若不采取合理的巷内支护方式将所留巷道的变形控制在一定的范围内，则很难保证所留巷道在下区段回采时能正常使用。

以前国内沿空留巷巷内支护多采用金属支架，属被动支护，即使加大型钢重量、减小棚距仍难以维护所留巷道的稳定，因此有必要采用一种能主动提供支护阻力的巷内支护方式。

（3）巷旁支护问题

巷旁支护作为沿空留巷的一个技术难点，在我国一直没有得到很好地解决。

传统的巷旁支护存在支护阻力、可缩性等力学性能与沿空留巷围岩变形不相适应、密闭性能差和机械化程度低等缺点，不利于巷道维护和防止采空区漏风与自燃发火。

所以，长期以来我国沿空留巷基本上只是应用在条件较好的薄及中厚煤层，条件困难或厚煤层中采用这种方式留巷成功率不高，大部分留巷需要翻修方可复用。

传统的巷旁支护方式只适用于中厚以下煤层的低瓦斯矿井和无自然发火倾向的煤层。

高水速凝材料与高水灰渣材料巷旁充填、硬石膏等风力充填，都需要建立一套较为复杂的充填系统，而且充填设备性能不佳、充填材料成本较高。

（4）沿空留巷理论研究问题

沿空留巷与一般的回采巷道不同，其巷道的一帮为实体煤壁，另一帮为人造帮，属大变形围岩；同时，还必须承受掘进和两次强烈的采动产生的叠加应力的影响，矿压显现剧烈，它是一项极其复杂的工程技术。

到目前为止，对沿空留巷围岩控制机理研究不够深入，对沿空留巷所处的应力环境及其矿压显现规律掌握不够，构建的沿空留巷受力模型还不完善，还没有一套行之有效的沿空留巷支护参数设计方法，不能很好的指导沿空留巷工程实践，从而带来以下两种后果：

一是因缺乏理论上的正确指导，在沿空留巷支护设计时，认为安全系数越高越好，造成不必要的经济损失；二是在沿空留巷设计时，常因巷内支护和巷旁支护参数选择不合理而导致留巷失败，影响正常生产和煤矿安全，并造成重大的经济损失。

3项目研究的必要性

沿空留巷是煤矿开采技术的一项重大改革，它可以解决煤矿生产中的许多重大技术难题。

（1）缓解接续紧张矛盾

集贤煤矿工作面接续任务十分艰巨，加之地质条件复杂，掘进速度缓慢，常常造成接续紧张，由于沿空留巷少掘一条巷道，可以有效缓解采掘接续紧张的矛盾，大幅度降低掘进率。

（2）生产系统更加优化

为了便于沿空留巷和优化生产系统，掘进时宽巷掘进，预留留巷空间。

这样不仅简化了留巷位置顶板的支护问题，而且使生产系统更加优化。

首先，沿空留巷在第二个工作面生产时，只作回风用途，这样对沿空留巷巷道断面和巷道内布置要求不是很高，减少维修工作量，使沿空留巷的优越性得到进一步的体现；其次，为了保证接续面继续进行沿空留巷，接续面的另一条巷道也宽巷掘进，宽巷掘进的接续面巷道既作皮带运输，也作胶轮车辅助运输。

（3）提高了煤炭回收率

由于沿空留巷取消了20m宽的区段煤柱，该部分煤柱得以回收使得工作面煤炭回收率提高10%，单个工作面就增加上千万的经济效益。

（4）避免了孤岛开采

沿空留巷使得工作面不再需要进行跳采，避免了孤岛开采，从而也避免了孤岛工作面开采带来的一些矿井灾害与技术问题，尤其是深部孤岛开采带来的诸如高支承压力等一系列问题。

（5）工作面实现“Y”型通风，有效解决上隅角瓦斯积聚难题

集贤煤矿属于高瓦斯矿井，工作面回采时，上隅角瓦斯超限，采用沿空留巷技术后，工作面可实现“Y”型通风，有效解决上隅角瓦斯积聚难题。

4合作单位的研究基础与条件

（1）项目申请者一直从事矿山压力及岩层控制方面的研究，参加了多项与申请项目有关的国家级、省部级科研计划项目。

对采场覆岩移动、沿空巷道上覆基本顶断裂结构与人造帮变形规律提出了一些新的见解：

提出了沿空巷道上覆基本顶存在4种断裂结构形式，基本顶断裂位置与人造帮的稳定性关系密切；由于基本顶断裂位置不同，引起煤壁压缩变形量和人造帮压缩变形量差别较大，对留巷围岩稳定性影响较大，导致巷道围岩控制侧重点不同；为适应基本顶“给定变形”的要求，提出了人造帮采用“软+硬”结构，既适应了基本顶断裂回转下沉，又提供了足够支护阻力；提出了人造帮合理强度和合理尺寸的确定方法；研究成果在部分矿井得到了应用。

这些研究成果为本项目研究打下了基础。

（2）近年来，项目组主要成员在彬长矿区、邯郸矿业集团、山西天池煤矿、枣庄矿业集团、铁法矿业集团开展沿空留巷围岩稳定性控制技术的横向合作课题研究，并取得了满意的技术经济效果。

完成了包括国家自然科学基金在内的多项与本项目有关的纵向研究课题，积累了较丰富的研究经验，并有效地指导了矿区安全开采，经济与社会效益显著。

（3）近年来，申请者及项目组主要成员在中国矿业大学学报、煤炭学报、岩石力学与工程学报、煤炭科学技术等刊物上公开发表30余篇有关学术论文，使本申请项目的研究具有较好的理论基础。

（4）申请人和项目组主要参与者完成或正在承担的与本项目相关的项目有：

①综放沿空留巷围岩稳定性控制机理研究（50374065），国家自然科学基金资助项目，已完成。

依托该项目发表学术论文30篇，其中EI、ISTP收录10篇，培养2名博士研究生和6名硕士研究生。

基于巷内充填沿空留巷新技术方案，针对综放沿空留巷的特点和难点，综合运用现代力学理论和采矿原理，合理利用先进的数值模拟和物理模拟方法，首次将关键层理论引入沿空留巷围岩稳定性控制设计，初步分析了关键层复合效应；建立了综合考虑充填体、煤帮及顶煤变形协调的综放沿空留巷围岩结构力学模型，定量计算充填体稳定所需的强度和变形量、顶煤的应力分布及变形特征，对影响围岩稳定性的各种因素进行了详细的多元分析和敏感度分析，弄清了主要影响因素；分析了综放沿空留巷围岩大变形机理，并提出合理的围岩稳定性控制原理；较详细分析了充填体稳定性的时间效应及上区段采空区底膨对充填体稳定性的影响。

②预置矸石充填带置换窄煤柱沿空掘巷新技术（枣庄矿业集团高庄煤矿，已完成），主要承担研究内容：

为实现井下矸石不升井和无煤柱开采的井下清洁开采技术，创造性地提出了以矸石为骨料预筑人造帮置换窄煤柱的二步骤沿空掘巷新技术及其内涵：

第一步，上区段采前沿下区段煤壁侧预筑人造帮；第二步，下区段紧贴人造帮沿空掘巷。

针对高庄煤矿西五采区地质条件，在分析井下矸石来源与分类处理的基础上建立井下矸石分选系统，提出了人造帮构筑步骤，建立了预筑人造帮沿空掘巷的力学模型，对影响人造帮稳定性的人造帮宽度、强度、变形等关键参数进行了分析。

确定现场人造帮的强度等级为CL20；人造帮宽度为1600mm，高度为4000mm。

现场工业性试验效果验证了技术的合理性，取得了良好的经济与社会效益。

③薄煤层沿空留巷技术（天能集团柳泉煤矿，已完成），主要承担研究内容：

依据7101工作面具体地质条件，在巷道原支护参数基础上，应用岩土工程分析软件FLAC对矸石带宽度进行了数值计算分析，得出合理的矸石带宽度为2500mm。

现场应用结果表明，留设矸石带宽度是合理的，能降低巷道掘进率和减少矸石排放量，达到了7煤薄煤层高产高效的目的。

④综采原位沿空留巷技术（铁法矿业集团小青矿，已完成），主要承担研究内容：

针对小青矿E1403工作面地质条件，先超前工作面对回采煤壁进行扩帮加固；通过实验分析确定人造帮合理强度及尺寸；采用泵送混凝土充填系统，巷内充填随回采工作面的推进而间续逐段实施，采用液压充填模板支架实现快速充填；为提高人造帮的支护阻力，采用三维加强筋加强充填墙体。

取得了满意的沿空留巷效果。

⑤新型高水材料原位沿空留巷技术（邯郸矿业集团陶一煤矿，已完成），主要承担研究内容：

针对12701工作面地质条件，先超前工作面对回采煤壁进行扩帮加固；采用高水（ZKD）充填材料，通过实验分析确定人造帮合理强度及尺寸；采用泵送充填系统在巷内充填，采用空间锚栓加强充填墙体。

取得了满意的沿空留巷效果。

不仅解决了陶一矿采掘接替紧张的状况，改善了矿井安全状况，而且较大幅度地提高矿井资源回收率，降低了矿井掘进率，延长了矿井服务年限，为矿井的可持续发展奠定了基础。

⑥燕家河煤矿区段煤柱合理宽度优化研究（河北中达公司，已完成），主要研究内容：

沿空巷道基本顶结构探测技术、8#煤蠕变特性分析、支护方案优化、合理煤柱宽度优化、煤柱应力场数值模拟分析及实测技术等。

该项目部分研究成果为本申请项目研究提供理论依据和技术支持。

⑦复杂地质条件下煤巷锚网支护技术研究（邯郸矿业集团，已完成），主要研究内容：

沿空巷道基本顶结构探测技术、松软破碎沿空掘巷围岩控制参数优化设计、2#煤蠕变特性分析、合理煤柱宽度优化、煤柱应力场数值模拟分析及实测技术等。

该项目部分研究成果为本申请项目研究提供理论依据和技术支持。

⑧软煤分布无规律煤层防突技术研究（山西和顺天池能源有限责任公司，正在进行），主要承担研究内容：

通过物理相似模拟试验和数值模拟试验，结合现场观测，建立相应的围岩结构力学模型，研究沿空巷道上覆基本顶断裂特征，分析卸压带宽度，确定合理的掘巷位置；在卸压区内掘进，实现掘进工作面安全快速掘进。

5拟承担单位的实施场地与技术基础条件

西安科技大学是西部唯一的矿业类高等院校，拥有“教育部西部矿井开采及灾害防治重点实验室”，实验室拥有多套相似材料模拟试验台、采矿工程大型数值模拟分析软件（FLAC、UDEC、RFPA等）、MTS试验平台、10000kN大尺寸蠕变试验系统、电子万能试验系统、LETRY电液伺服岩石三轴动静试验机等先进试验仪器，具备完成该项目的实验条件。

在矿山压力与岩层控制方面，具有一支长期服务于矿山的科研团队，近5年来与兖州、徐州、邯郸、淮南、淮北、新汶等矿务局合作完成了30余项与本课题相关的科研项目，具有扎实理论基础和现场实践经验，获得了巨大的经济效益和社会效益，项目主要参加人员近5年来在国内外核心期刊上发表了40余篇与本项目相关的科技论文，为项目的顺利实施奠定了坚实的基础。

6研究内容、研究方法及技术路线

6.1研究内容

沿空巷道整体稳定性控制技术是沿空留巷技术的关键，本项目以沿空巷道上覆基本顶结构、人造帮及沿空巷道为研究对象，围绕沿空巷道及其稳定性控制技术、人造帮蠕变特性及其稳定性控制技术展开系统的研究。

主要研究内容如下：

（1）分析基本顶断裂结构形式对人造帮稳定性的影响。

系统分析四种基本顶断裂结构形式下，基本顶断裂回转下沉作用在人造帮上的载荷变化规律，以及人造帮应力、变形规律及主要影响因素；

（2）具体地质条件下沿空巷道基本顶断裂结构的探测；

（3）分析不同基本顶断裂结构形式下基本顶断裂回转下沉动载效应对人造帮稳定性的影响；

（4）在试验室进行人造帮强度配比力学试验及其蠕变特性分析；

（5）基于人造帮蠕变特性分析，提出人造帮合理强度、高宽比的确定方法；

（6）沿空巷道围岩稳定性控制技术，对锚杆支护参数进行优化设计，确定合理支护方案，同时提出沿空巷道围岩强化技术；

（7）针对巷道承载的薄弱环节，提出结构补偿支护技术提高沿空巷道整体稳定性；

（8）确定人造帮施工工艺；

（9）现场工业性试验，开展沿空留巷及预置人造帮二步骤沿空掘巷的工程实践研究。

6.2研究方法

项目综合采用理论分析、实验室岩块实验、数值模拟、物理模拟、工业性试验等研究方法对沿空留巷、预置人造帮沿空掘巷及其围岩稳定性控制技术展开系统的研究。

研究方法如下：

（1）实验室岩块实验

在实验室进行煤岩基础力学参数测试实验，同时进行人造帮试件强度配比实验、基础力学参数测试实验、蠕变特性参数测试实验。

（2）理论分析

理论分析推导四种基本顶断裂结构形式下，基本顶作用在人造帮上的静载荷计算公式。

基于实验数据分析，得到人造帮的极限蠕变载荷及破坏载荷；并通过理论分析，