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的动态破坏转化为深部的准静态破坏，以及由浅部的脆性力学响应转化为深部的延性行为力学响应；Singh等用岩石破坏时的应变值作为脆-延转化判别标准；Kwasniewski等通过众多砂岩试件的试验数据，对岩石的脆-延转化规律进行了深入研究，系统分析了脆-延转化临界条件，并研究了脆-延转化过程中的过渡态性质；陈颙等认为过渡态中，通常具有脆性破坏的特性，也具有延性变形的性质。
巷道开挖卸荷，巷道围岩应力重新分布，出现应力集中现象，围岩产生变形，其变形有多种形式，如弹塑性变形、扩容变形、流变变形和结构面变形等。沈军辉等人认为岩石在卸荷状态下的变形表现为沿卸荷方向的强烈扩容，其破裂以张性破裂为特征，并存有张剪性和剪性破裂[46-50]。
陈坤福建立了三维地下综合模拟试验台，并据此进行了深部巷道开挖三维相似模拟研究，发现深部高应力巷道会出现明显的分区破裂现象，认为分区破裂是压剪和拉剪破坏共同作用的结果。其采用应变软化模型，通过降低围岩内聚力的方法模拟了岩石在峰值强度之后的变形破坏特征，并据此提出提高巷道后期支护强度以维护巷道稳定的方法。
对于深部矿井来说，围岩变形相应为软岩的特征，工程面对的基本均为复合型软岩，在深部高应力作用下，岩体节理裂隙发育，出现强塑性变形和流变等软岩变形特性，巷道支护困难。对于此类围岩，国内外也进行了大量的研究，在变形机理方面，采用基于弹塑性研究方法的摩尔-库仑准则弹塑性分析、Drucker-Prager准则和Hoek-Brown准则、统一强度准则和Mises准则等对轴对称平面应变条件下围岩进行了弹塑性分析，于学馥、袁文伯等人考虑岩石在变形、破坏过程中的弱化阶段和残余变形阶段，把围岩视为线性弱化的理想残余塑性模型；范文、俞茂宏等人基于统一强度理论，推导了硐室形变围岩压力的统一解，
我国目前沿空留巷围岩变形与支护技术的研究大多针对浅部，且大多数为条件较为简单的矿井，而深部与浅部沿空留巷有着很大的区别。深部围岩处于高地应力、高地温、高岩溶水压及强烈开采扰动即“三高一扰动”的特殊环境中，加之沿空留巷要经受多次采动的强烈影响，高地应力与采动应力相互叠加，作用在巷道围岩之上，使巷道围岩变形极大，引起巷道顶板下沉、煤帮片帮、底板鼓起和充填体失效，围岩变形与时间相关的效应非常明显。而片帮和严重底鼓是与浅部沿空留巷最直接的区别；浅部沿空留巷时巷旁充填体强度达到4MPa即可足够支撑顶板，但在深部其充填体强度就要达到十几兆帕甚至更高才可以有效支撑顶板；在巷道围岩支护方面，传统的型钢支护和普通的锚杆支护已不再奏效，急需新的支护技术与支护材料[52]。
可以广泛适用于岩土类材料，修正的芬纳公式为其特例[51]。
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硕士学位论文
1.2.3 巷旁支护技术的研究现状
沿空留巷支护水平的高低主要取决于巷旁支护水平的高低，我国煤矿目前采用的沿空留巷巷旁支护方式主要有：矸石带、木垛、混凝土砌块、木密支柱、气垛、高水灰渣充填带、高水速凝材料充填带等。
木垛巷旁支护的优点是稳定性好、架设劳动强度小；缺点是增阻速度慢、可缩量大、支护阻力小、巷道控顶宽度大、留巷效果差，不能密闭采空区、木材消耗量大，适用于薄及中厚煤层。
密集支柱巷旁支护与木垛相比，其优点是可缩量小、早期支撑性能好、巷道控顶宽度小、切顶效果较好；缺点是可缩量小、支护阻力小、稳定性差，不能密闭采空区、木材消耗量大，适用于脆性顶板、中等稳定的薄及中厚煤层。
矸石带巷旁支护的优点节省支护材料、稳定性较好；缺点是矸石带的可缩量大、前期支护阻力小、顶板下沉量大，构筑矸石带的劳动强度大，密闭采空区效果较差，适用于顶板韧性较大的薄煤层。
混凝上砌块巷旁支护的优点是前期支护阻力大、增阻速度快、切顶效果好；缺点是可缩量较小、成本较高、构筑巷旁支护的劳动强度大，密闭采空区效果较好，适用于顶板中等稳定的薄及中厚、中硬以上的煤层。
高水速凝材料巷旁充填是利用一种能在高水灰比条件下快速凝结的特种水泥，以其高承载能力、高隔绝性能、高机械化程度以及凝结和增阻速度快等优点，基本解决了沿空留巷的技术关键问题。但是成本相对居高不下，严重影响了其全面推广的可能性。
由于沿空留巷要经受两次采动的影响，使巷道围岩活动剧烈，巷道维护难度较大，因而除了合理设置巷内支护外，大多数情况都要设置巷旁支护，而传统的巷旁支护(矸石垛、混凝土砌垛，木垛和排柱等)存在支撑阻力不够、可缩性能不匹配、劳动强度高、采空区密封性能差等缺点，限制了沿空留巷的使用范围，必须寻求新的巷旁支护技术。多年来采矿界人士经过大量的研究和试验，发展了巷旁充填技术，从而使我国煤矿沿空留巷技术进人了一个新的发展阶段。
巷旁充填是一项先进的护巷技术，目前采用的主要有泵送充填系统和风力充填系统，输送水泥或石膏为胶凝性充填材料构筑巷旁支护带。实践表明，巷旁充填护巷成本以充填材料费用所占比重最大，一般占总成本的70％～80％。显然，选择力学性能优良、价格低廉并便于实现机械化的充填材料是应用该技术的一项关键。近些年来，我国煤炭系统科技工作者及现场工作人员在充填材料研制方面进行了大量研究工作，对我国巷旁充填技术发展起到积极作用。
我国煤层赋存条件各异，各矿区技术经济水平及材料供应渠道差异也较大，因地制宜的选择诸如工业废料及煤矿常用材料为原料的巷旁充填材料，显然是可
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取的。普通水泥是煤矿常用的胶凝材料，便于直接利用；煤矸石、粉煤灰料源丰富，成本低，采用该料不仅可降低充填材料费用，而且对环保有益。所以在各个矿区范围内开展以煤矸石为主体，适当的使用煤、粉煤灰、水泥和其他固体废弃物开展沿空留巷将会成为我国沿空留巷巷旁充填技术的主要发展趋势。
1.3 主要研究内容(The Main Research Contents)
在前人研究沿空留巷的基础上，考虑深部沿空留巷围岩变形的特点，针对旗山煤矿实际生产地质条件，拟在以下几个方面展开详细研究，对深部沿空留巷围岩变形机理及围岩控制技术有更进一步的了解与掌握。
1）深部沿空留巷围岩控制模型
深部沿空留巷围岩应力分布规律明显不同于浅部普通回采巷道，沿空留巷处在工作面后方，受两次工作面采动影响引起的矿压显现要比用煤柱护巷引起的矿压显现强烈地多，随着巷道埋深加大，巷道维护不断增加，有必要对巷道围岩变形机理展开详细研究，从理论上对深部沿空留巷提供指导。上覆岩层的活动是引发沿空留巷巷道压力和变形剧烈增加的主要原因，研究沿空留巷首先就应该对工作面顶板岩层活动规律有所认识。为此，有必要建立深部沿空留巷围岩控制模型，系统的研究94103工作面顶板岩层的活动规律（特别是侧向板块的结构及运动规律），在此基础上得到巷旁支护阻力、支护体控顶高度以及支护体可缩量等支护参数。
2）沿空留巷巷旁支护技术研究
选取科学合理的充填材料是巷旁支护设计的基础。我国煤层赋存条件各异，各矿区技术经济水平及材料供应渠道差异也较大，因地制宜的选择诸如工业废料及煤矿常用材料为原料的巷旁充填材料，显然是可取的。普通水泥是煤矿常用的胶凝材料，便于直接利用；煤矸石、粉煤灰料源丰富，成本低，采用该料不仅可降低充填材料费用，而且对环保有益。
膏体材料主要由水泥、粉煤灰、煤（矸石）和少量添加剂组成，经济、环保、取材广泛无长距离运输之忧，也是当前巷旁充填技术的发展方向。但其强度受组分配比的影响较大，为适应不同的井下环境，需要进行专门的实验室配比试验，选取最优性价比的组分配比。结合旗山煤矿外部材料供给现状及目前国内外巷旁充填材料发展趋势，在旗山煤矿沿空留巷材料选取上优先考虑以煤（矸石）为主料，水泥为胶凝材料的膏体充填材料，在此基础上各个原料组成及具体的材料配比开展实验室研究，初步确定巷旁充填材料的实验室配比。与此同时，采用数值计算方法对实验室确定的材料组成及配比条件下强度进行验证，检验初步设计的充填体宽度和强度能否满足留巷要求。
3）现场工业性试验
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硕士学位论文
选择徐州矿务集团旗山煤矿94103工作面运输顺槽作为试验巷道。在对试验巷道进行现场地质力学测试的基础上，根据理论分析、实验室试验、数值计算等研究方法掌握的深部沿空留巷围岩变形破坏规律及建立的围岩控制模型，展开旗山煤矿深部沿空留巷巷道锚杆（索）联合支护方案设计，确定沿空留巷巷道矿山压力观测方案，在此基础上对留巷阶段和复用阶段巷道围岩变形规律进行实时观测分析，综合评价设计提出的支护系统的可靠性。
1.4 研究方法与技术路线(Research Methods and Technology Roadmap)
根据以上研究内容，确定本项目采用实验室试验、理论研究和数值计算相结合的方法，相互补充、检验和完善，最后在94103工作面展开工业性试验。具体研究内容和相应的技术路线如下：
1）实验室试验
通过水泥、原煤（矸石）加水混合制备试块进行强度试验，在实验室内进测定，初步确定合理的巷旁充填材料选择以及材料配比。
2）理论研究
主要利用岩石力学、弹塑性力学、结构力学、矿山压力理论等，对深部沿空留巷围岩应力分布规律、锚杆支护切顶作用等展开讨论，为沿空留巷围岩稳定控制技术提供理论基础。
3）数值计算
结合实验室试验和理论研究，采用有限差分数值计算软件，研究旗山矿特定地质条件下巷道围岩变形特征与机理，确定并验证合理的沿空留巷巷旁充填材料配比和充填体宽度。
4）工业性试验
选择旗山矿94103工作面开展工业性试验，对巷道掘进和留巷期间保留巷道及充填体变形进行实时监测，在数据分析处理的基础上结合围岩应力分布规律的理论研究根据需要调整沿空留巷支护设计参数。
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2 试验巷道生产地质条件
2 试验巷道生产地质条件 2 Production Geological Conditions
本文试验巷道选取旗山矿小湖系-850西一采区9煤94103工作面运输顺槽，巷道为矩形，宽3.8m，高2.0m，煤层平均厚度为1.9m，平均倾角12度，原支护为锚杆、锚索联合支护，铺设金属网，原有支护强度低，表2-1为顶底板岩性情况表。
工作面位置关系见图2-1所示。
类 别 表2-1 顶底板岩性情况表
Table 2-1 the table of roof and floor lithologic 岩石名称 厚 度m 岩 层 特 征 深灰色砂泥互层，上部以泥岩为主，下部以砂岩为主，含菱铁矿，并含少量棕色条带及砂岩条带。 灰、深灰，致密，质软，断口平坦。 老 顶 砂泥岩互层 14.3 顶板 直接顶 砂质泥岩 煤层 底 板
6.7 9#煤 煤 1.9 半光亮焦煤 直接底 泥岩 1.8 深灰色，质软，断口平坦，岩芯完整，含植物化石。9