采空区覆岩分次垮落扰动是沿空留巷围岩结构失稳的关键诱因。课题采用理论分析、物理模拟及数值计算等方法，研究了采空区顶板多关键层分次垮落对沿空留巷的长期扰动机理，探索了顶压渐增期间碎胀矸石的压实效应与断裂顶板的随动特性，阐述了关键层预裂卸压效应与沿空留巷围岩结构主动控制原理。两带内的关键层分次垮落对沿空留巷的扰动周期、充填墙体的承载大小和巷道变形具有显著影响。覆岩分次垮落期间在顶板主离层和巷道的隔离之下出现两次应力分流，经由采空区侧向楔形承载区向下传递，在巷道两侧形成“应力双峰”，沿空留巷呈现出波动性扰动变形。“两带”内主控关键层垮落后，老顶的变形基本达到最大值，得出了关键层断裂时机和扰动周期的判定方法。关键层的下沉量由垮落前的挠曲下沉、垮落期间的旋转下沉和垮落后的压缩下沉三部分组成，下沉量各占15%、55%和30%，矸石的压实效应延长了沿空留巷的扰动周期，但随着时间延续来压强度逐渐减弱。采空区侧向顶板预裂卸压能够加速坚硬老顶的破断运动并有效缓解留巷顶板的压力，卸压后侧向支承应力区向浅部转移，应力峰值有一定程度的降低，留巷围岩变形得到明显改善，提出了侧向顶板的卸压判据和悬臂长度的优化方法。提出了常规条件下的沿空留巷结构稳定性控制对策，包括“双层”主动锚固支护、强度动态匹配的巷旁充填以及扰动期间的辅助支护3项，以及特殊条件下的“卸压-锚固”双重主动控制技术，形成了沿空留巷“顶板结构可控、围岩应力可调、扰动周期缩短、巷道变形改善”的主动控制效果。在两个典型采煤工作面展开了沿空留巷工业性试验，从不同角度验证了研究结论。课题研究成果可为我国煤矿极其复杂多样的地质条件下展开无煤柱沿空留巷实践奠定基础。 2100433B

采场覆岩垮落形成的长时间剧烈扰动是沿空留巷围岩结构失稳的关键诱因。课题拟采用理论分析、物理模拟及数值计算等方法，深入研究采场覆岩分次垮落对沿空留巷的间歇性扰动规律，探索顶压渐增期间碎胀矸石的压实效应与断裂顶板的随动特性，结合巷道顶板传递载荷的能力，阐述顶板运动对沿空留巷的长期施载机理；提出以沿空留巷侧向顶板预裂卸压为核心的主动控制方法，通过岩层预裂手段改变顶板的断裂时机和断裂位置，从而缩短顶板的扰动周期并降低顶板的附加应力；揭示预裂孔两侧断裂块体的结构关系对沿空留巷卸压效果的影响规律，形成预裂卸压效果的评价方法；联系长时缓增压状态下岩体的承载性能，阐明卸压区围岩与锚固支护的协调承载机理。研究成果可为深部等复杂条件下的沿空留巷空间维控奠定基础。

钻孔卸压具有转移高应力、改善巷道维护状况、施工方便等优点，但该方法的应用会再次扰动、弱化开挖卸荷后的煤岩体结构，巷道（尤其深部巷道）维护难易与卸压程度、支护时机等因素密切相关，合理控制卸压程度、开发相应控制技术是应用钻孔卸压解决深部巷道支护难题的关键。为此，本课题主要开展以下内容研究：（1）研究钻孔卸压煤岩体峰后损伤力学特性，揭示深部钻孔卸压巷道应力场演化特征与强度损伤规律，为研究深部巷道钻孔卸压机理提供依据。（2）分析钻孔卸压对深部巷道围岩稳定的动态作用机理，确定深部巷道合理的钻孔卸压参数和适用条件，揭示深部巷道钻孔卸压机理。（3）建立深部钻孔卸压巷道锚注支护结构的流变-损伤力学模型，揭示钻孔卸压与锚注支护结构相互作用的时效性与稳定控制机理，确定合理卸压程度、相应动态控制技术和时机，为研究深部巷道围岩钻孔卸压-支护方法提供依据。

深部高应力巷道围岩稳定控制问题严重影响着深部煤炭资源的安全高效开采，卸压技术是控制该类巷道围岩大变形的有效方法之一，但其缺乏完整的技术体系。本文综合运用室内试验、理论计算、数值模拟及现场工业性试验等方法，系统研究了深部巷道钻孔卸压机理与围岩稳定控制技术，取得如下研究成果： （1）采用室内加卸载试验的方法，将岩样加载至峰后应变软化段各目标点后卸载，获取了不同损伤程度的初始损伤岩样，采用多级围压多次峰值屈服试验方法测定了初始损伤岩样的力学参数，选取塑性剪切应变 表征岩样的损伤变量，拟合得到 与损伤岩样强度参数的函数关系，初步建立了深部巷道围岩强度衰减模型。 （2）建立了围岩塑性扩容变形与卸压钻孔参数间的关系，并分析了卸压钻孔单孔作用范围，初步提出了卸压钻孔参数的理论确定依据。系统研究了卸压钻孔方位、卸压时机及钻孔参数（长度、直径和间排距）对深部巷道围岩稳定性的作用规律，提出了影响钻孔卸压效果的各因素的确定原则。 （3）分析了不同卸压程度下深部钻孔卸压巷道围岩的流变特征，研究了不同二次支护时机、二次锚注强度及范围对巷道围岩流变变形的控制效果，确定了试验巷道合理的二次锚注强度及范围。 （4）研究了卸压钻孔与巷道一次支护结构受力的相互作用关系，提出了深部巷道围岩“卸压-支护”控制技术体系。 （5）结合张双楼矿-1000m西大巷的生产地质条件，展开了现场工业性试验。现场应用表明，巷道采用“卸压-支护”技术后，可有效转移巷道围岩周边高应力，消除支护结构的非协调受力现象，促使支护结构与围岩形成统一、均衡的承载结构，共同抵抗围岩的剧烈变形，同时，该技术方案简单易行，可在类似条件下的深部巷道围岩控制领域推广应用。 2100433B

本项目紧紧抓住高地应力和复杂动力扰动这两项岩爆孕育和触发的关键因素，致力于研究并揭示综合考虑这两项关键因素的岩爆动力学机理和能量释放机制。发展基于分离式霍普金森压杆的围压-动静组合加载新装置，开展岩石在无围压以及不同围压下、正入射以及不同斜入射角度下的复杂动力扰动岩爆试验，研究试样破断和能量传递耗散规律，以及复杂动力扰动下动静组合岩爆动力学机理和灾变判据。结合高应力地下洞室开挖爆破工程进行微震监测，验证实验室发展的岩爆动力学机理和岩爆判据，揭示高应力地下洞室岩爆孕育和灾变过程的动力学机理与能量释放机制。该研究对于岩爆动力灾害机理解释及其防治，具有重要的科学意义和工程应用价值。