板稳定的前提下，合理利用围岩运动规律，确定合理的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。
华心祝从如何提高巷道围岩自承能力入手，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，其研究成果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。
陈名强认为巷旁支护的工作阻力应能承受巷道上方（包括巷旁支护及其顶板悬伸范围）相当于采厚四倍的直接顶岩石重量，承受由于支撑点和上覆岩层载荷重心不一致引起的附加载荷，承受上覆岩层破断时的动压载荷，承受由工作面上下端顶板形成的“弧三角板悬板”结构重量及其破断前移时的载荷。
吴健借鉴采场支架与围岩相互作用的研究成果，提出了沿空留巷支护系统最终承受的是冒落带岩块的静压以及巷道变形大小由裂隙带活动和稳定过程决定的观点。据此，讨论了沿空留巷的力学模型、巷旁支护载荷的计算及支架可缩量的设计。
孙恒虎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。采用条带载荷法和塑性极限分析法来确定沿空留巷巷旁支护阻力，同时还提出了巷旁支护体的后期阻力的计算方法。
柏建彪研究认为，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，根据极限平衡梁理论给出了巷旁充填体的初期、后期阻力计算式。该算式已经涉及到了煤体对老顶的控制作用，但由于巷道围岩和老顶断裂位置等参数选定往往受人为因素的影响，所以计算结果不太合理。
世界一些主要产煤国家对沿空留巷的矿压显现、适用条件、合理支护形式及新型支护材料等都进行了大量研究，在这方面做得较多的是前苏联、德国、英国、波兰等国家。
前苏联在现场对许多专门为沿空留巷设计的支架进行了试验，并结合理论分析和实验室研究进行了各种实测工作，据报导，至1993年，俄罗斯无煤柱开采产量占80%，对不同矿区变动在60%～90%之间，在各种无煤柱护巷方式中，应用最广的是沿空留巷，占65%。
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
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末德国根据本国资源特点，研究成功了采用石膏、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14～18 m2断面巷道第二次利用，且不需修理，取得了良好经济效益。目前，该国有1/2～2/3的沿空留巷采用这项技术。而且，德国在埋深800～1000 m的煤层开采中成功地运用了沿空留巷技术，并通过实测得出了预计留巷移近量的经验公式。
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。同时，在提高矸石带强度方面进行了不少探索，研制成功不同胶结物的胶结矸石带。1979年在井下试验成功了高水材料巷旁充填，随后有了迅速的发展，高水材料充填己占全英巷旁充填的90%左右。
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，沿空留巷应用于走向开采或倾斜开采根据备件而定。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。 1.1.2 沿空留巷支护技术的发展历程
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以下的煤层中尝试着用矸石墙作巷旁支护，巷内主要采用木棚支护，其存在着矸石的沉缩量大、巷内支架变形严重、维护工作量大、工人垒砌矸石的工效低、劳动强度大、安全性差等问题，其应用范围受到极大限制。
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，我国煤矿工作者在引进、吸收国外的沿空留巷技术的基础上，发展了巷旁充填护巷技术，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
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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。
我国沿空留巷发展始于20世纪50年代，首先在一些薄煤层开采中用矸石带代替煤柱作为巷旁支护用，如淄博、鸡西、本溪、双鸭山、枣庄、峰峰等矿区薄煤层中都有应用。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，并没有形成完整和系统的无煤柱开采技术体系。
20世纪60、70年代在中厚煤层应用密集支柱、木垛、砌块等作为巷旁支护取得一定成效，但这些方法又各有优缺点。例如，平顶山一矿在丁组中厚煤层，沿空留巷采用密集支柱及抬棚作巷旁支护，巷内支架应用工字钢打立柱加强支护试验取得成功。此阶段沿空留巷的研究是以实测为基础的宏观规律描述阶段，主要是在现场实测沿空留巷围岩变形，支架载荷和与回采工作面距离关系的基础上，根据实测曲线从宏观角度描述具体地质条件下沿空留巷的矿压显现规律。该阶段的主要成果是，比较正确地描述了沿空留巷的若干矿压显现规律，总结出了当时在顶板中等稳定、底鼓不严重的薄及中厚水平煤层及缓斜煤层条件适用的沿空留巷开采技术。其缺陷是，尚不能正确预测不同地质条件下沿空留巷的矿压显现特征，当条件改变时，就需要重新试验，形成了试而再试的经验研究模式，使沿空留巷中的很多基本问题都未得到解决 。
在20世纪80年代，随着我国煤矿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、巷道顶底移近量增大，我国煤矿工作者在引进、吸收国外的巷旁充填技术的同时，发展了高水巷旁充填护巷技术。但高水充填材料强度低、强度增加慢、易风化碎裂，墙体难以承受采动引起的动压影响，巷道难以维护。高水充填材料的性能差加之充填速度无法紧跟快速推进的工作面，不能实现与高产工作面同步推进，因此，此项技术的应用受到了很大的制约。
20世纪90年代以来，我国有些学者在厚煤层综放工作面进行了一些沿空留巷研究，如潞安矿务局常村煤矿综放工作面，巷内采用锚梁网索联合支护，巷旁支护采用高水材料充填加空间锚栓加固技术，成功地进行了综放大断面沿空留巷试验。
对我国五十年代以来的沿空留巷成果进行分析，得出以下结论：
（1）在回采工作面后方附近，由于裂隙带岩层取得平衡之前的急剧沉降，引起巷道顶板在短期内剧烈下沉。一般情况下，沿空巷道顶板下沉速度工作面后方10~20 m 处最
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大，工作面附近沿空留巷维护比较困难。
（2）随着煤层厚度的增加，巷内支护可以选用锚杆支护，但最好配合使用工字钢或U型钢可缩性支架进行支护，因为巷内支架对巷旁充填体的稳定性有一定的保护作用。
（3）沿空巷道的顶板往往明显向采空区方向倾斜，倾角一般为3°～6°。如果直接顶冒落能够填满采空区，则老顶处于平衡状态，采动期间沿空留巷的顶板下沉量与煤层采厚成正比关系，一般为采高的10%~20%，基本上属于“给定变形”。
（4）当煤层厚度小于3.0 m 时，沿空留巷效果较为理想的巷道一般直接顶岩性为页岩、泥岩、砂质页岩等岩层，而且直接顶厚度较大，巷旁支护方式普遍采用整体浇筑式充填带维护巷道，留巷效果理想。
（5）如煤层上部覆盖自身不能平衡的坚硬岩层，则需设置强力的切顶支架，甚至人工挑顶，为老顶平衡创造条件。否则，沿空留巷的顶板下沉量可能显著增加，甚至沿煤帮切顶。
1.1.3沿空留巷技术存在问题及研究方向
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
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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，其巷道的一侧帮为煤体，另一侧帮为巷旁支护体，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，但到目前为止，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。
1.2 项目研究的必要性
沿空留巷技术是一项煤矿先进、绿色的开采技术。取消了维护巷道的煤柱，提高了煤炭资源采出率、充分利用合理开发煤炭资源、延长矿井服务年限、有利于矿山可持续发展；变掘巷为留巷，减少巷道掘进量、降低了冲击地压和瓦斯突出的危险性、有利于矿山的安全生产；缩短了准备时间，缓解采掘接替矛盾、提高了矿山的生产效率；不留煤柱，取消孤岛工作面及缩短搬家时间、减少了集中应力的影响、有利于防止发火，实现矿井安全生产和提高矿井技术经济效益，其社会效益也十分显著。
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