近年来,煤炭资源开采深度和强度不断加大,沿空掘巷面临着高应力、强采动和复杂地质环境的诸多挑战,导致矿压显现剧烈、冲击灾害及巷道围岩严重变形等,制约着煤炭资源的安全高效开采。现有的巷道围岩破坏机理及相应理论与控制技术并不能很好地解决深部沿空掘巷围岩失稳难题,深入开展有针对性的研究工作己成为刻不容缓的任务。高应力沿空掘巷切顶卸压围岩变形机理及控制研究,作为解决这一难题实现煤炭资源持续快速发展的重要保障,具有广泛的理论价值和实用意义。本文采用室内试验、理论分析、数值模拟、物理模型实验和现场工业性试验等综合研究方法,从巷道顶板结构运动和围岩稳定控制角度出发,对巷道岩体结构破坏过程,顶板覆岩运移特征、围岩顶板预裂卸压机理、煤柱宽度优化设计、巷道应力分布形态及变形效应等问题进行深入研究,提出了以顶板预裂卸压、垮落岩体填充、煤柱宽度设计为核心的高应力沿空掘巷围岩结构稳定控制体系,得到了以下创新研究成果:(1)获得了煤岩体力学特性参数,揭示了巷道围岩破坏演化过程。巷道顶板浅部岩体破损严重,且多以横向裂隙和岩层错动为主;深部岩体多以纵向裂隙及顶板离层为主。煤层强度低且裂隙发育,煤柱内破裂范围较大,裂隙横向扩展及连通,并发育成断裂破碎带。巷道上方老顶岩层的破断、旋转和下沉,直接影响了巷道两帮的受力形态,导致沿空煤柱帮和实体煤帮破坏范围不同,两帮呈现非对称变形特征。(2)建立了采空区破碎矸石支撑条件下的高位顶板岩梁力学模型,获得了高位顶板岩层的弯曲变形特征。构建了巷道直接顶变形及煤柱承载力学模型,揭示了岩体回转角、矸石作用阻力、直接顶弹性模量和厚度、巷道宽度及顶板支护强度等多因素耦合影响下巷道顶板的位移演化规律。阐述了塑性区宽度对煤柱稳定性的作用机理,提出了沿空巷道煤柱宽度设计依据。(3)揭示了顶板预裂对巷道围岩结构的卸压作用机制,提出了优化巷道顶板切顶角度和切顶高度等关键预裂参数的设计方法。通过关键预裂参数分析,切顶角度达到最优设计值时,能够加快采空区顶板沿预裂切顶线的滑落速度,减少侧向悬顶结构长度,降低煤柱侧和实体煤侧顶板承担的覆岩载荷。切顶高度达到最优设计值时,切落岩体能够较好的充填采空区,并对上部岩层形成稳定的承载结构,有效缓解高位顶板岩层垮落失稳对巷道的冲击扰动,实现了对巷道顶板岩层主动卸压的目的。(4)研究了采空区顶板预裂填充条件下侧向煤岩体应力、能量分布演化特征。分析了不同煤柱宽度时巷道围岩变形演化规律及载荷传递机制。预裂切顶使侧向煤层内的垂直应力和应变能密度峰值向岩体深部转移并在煤壁边缘形成应力卸压区,有效释放了煤体浅部存储的弹性应变能,为沿空掘巷创造有利的应力环境。(5)采用物理模型实验研究了垮落岩体充填条件下顶板岩层的运移特征及结构破断形态,揭示了岩层离层及裂隙发育与开采扰动的相互作用关系。阐释了顶板岩层运动对掘巷围岩的施载机理,获得了预裂切顶影响下沿空巷道顶板应力分布特征和位移、视电阻率演化规律。(6)基于理论分析、物理模型实验和数值模拟结果确定的相关设计原则,建立了以顶板预裂卸压、垮落岩体填充、煤柱宽度设计为核心的沿空掘巷围岩变形控制体系并应用于现场工业性试验,获得了良好的变形控制效果,减小了沿空掘巷煤柱宽度,进一步验证了本文研究成果的适应性及可行性。本研究论文有图97幅,表17个,参考文献247篇。