随着我国西部大开发战略的逐步实施,煤炭资源的开采逐渐向西北部地区转移。西北部地区侏罗系和白垩系地层成岩时间较晚、胶结程度差、强度低、易风化、遇水泥化崩解。弱胶结软岩巷道围岩收敛速度快,变形量大,变形持续时间长,巷道稳定性差,维护难度高。此外,回采巷道还受到工作面采动应力场的强烈影响,随着煤矿开采深度和开采强度的不断提高,回采巷道赋存环境更加复杂,在原岩应力场、采动应力场、地质构造、岩层性质等因素的综合影响下,围岩内部裂隙网络活化、物理力学性质弱化、应力环境劣化、流变特性强化,最终诱发巷道出现显著的底臌现象。弱胶结软岩巷道的底臌问题已严重制约了矿井的安全高效生产,成为一个亟需解决的工程问题。本文以梅花井矿典型的复用巷道为工程背景,围绕强采动弱胶结软岩巷道底臌机理与围岩控制技术等关键问题,综合采用现场调研与监测、理论分析、实验室试验和数值模拟等研究方法,分别对强采动弱胶结软岩巷道围岩变形破坏特征、围岩地质力学特性、巷道非均匀变形破坏机制与底臌机理、顶卸压关键技术参数优化、巷道围岩控制对策等问题展开系统的研究,取得了如下主要结论和创新成果:1.揭示了23采区工作面区域性地质特征和辅助运输巷全服务周期内围岩变形破坏特征。（1）现场调研获得23采区工作面的区域性地质特征为:井田范围内岩体的成岩程度底,胶结性差;煤层埋深大,地应力水平高;巷道富水性强,顶板渗水对围岩的水理弱化效应显著;顶底板岩体层理发育,围岩整体性差;煤层受结构面切割严重,煤帮松软破碎,承载能力低;顶底板岩层岩性具有显著的区域性差异。（2）辅助运输巷顶底板岩体水平层理发育,原生裂隙丰富,围岩完整性差,在工程扰动,尤其是强烈的采动应力影响下,巷道围岩出现显著的变形破坏现象。根据现场观测,巷道围岩变形破坏具有以下工程特性:围岩变形具有显著的工程相关性;围岩变形具有显著的时间相关性;围岩变形具有显著的空间相关性;巷道围岩变形量大,变形破坏呈现出显著的区域性差异;巷道顶底板岩层呈现显著的逐层渐进式破坏;顶板淋水对巷道围岩的稳定性具有显著影响。（3）巷道围岩钻孔取芯和内部结构窥视结果表明,顶帮煤岩体裂隙发育,围岩完整性差,承载能力低。在掘巷扰动下,原生裂隙扩展、次生裂隙萌生,受工作面采动影响,巷道围岩裂隙网络再次活化,围岩的完整性进一步降低,变形破坏程度加剧。（4）现场矿压监测结果表明,辅助运输巷赋存于高应力环境,在工作面强烈的采动影响下,巷道出现剧烈的矿山压力显现,巷道围岩变形呈现显著的非对称性。2.获得辅运巷围岩的物理力学性质以及围岩的水理性质。顶板粗砂岩和中砂岩原生裂隙发育,具有良好的含水性和导水性。长石石英粗砂岩含一定的粘土矿物,胶结程度不高;粉砂岩粘土矿物含量较高,胶结程度较差;泥岩夹层粘土矿物含量很高,胶结程度极差。辅助运输巷围岩整体力学性质较差,围岩承载能力不高,特别是受水理劣化效应的影响后,围岩承载能力大幅降低,甚至丧失。3.深入研究辅运巷层状底板的应力传播特征和变形特征,揭示了层状底板的底臌机理。（1）层状岩体的各向异性对底板应力分布和变形破坏特征具有显著影响,将不同工程阶段底板岩体载荷进行简化,构建层状底板力学分析模型,基于横观各向同性理论,推导获得辅运巷全服务周期内层状底板的应力状态,得出底板应力环境由对称式分布转化为非对称分布,应力水平逐渐提高的演化规律。（2）基于摩尔-库伦准则构造底板岩体破坏判据,采用Matlab计算并绘制不同工程阶段巷道底板破坏形态。巷道掘进期间,底板破坏形态呈对称式马鞍型分布;本工作面回采期间,底板破坏形态呈非对称马鞍形分布;下工作面回采期间,巷道底板破坏形态的非对称性减小,但破坏范围进一步扩大。FLAC3D数值计算验证获得的底板破坏形态与理论解一致,说明理论推导的结果很好地表征了底板的真实应力状态。（3）基于卸荷岩体理论,构建层状底板张拉损伤判据和滑移损伤判据,根据控制变量原理,并通过Matlab计算获得卸荷系数、侧压系数、裂隙面倾角对底板损伤破坏的影响。（4）基于纵横弯曲梁理论,建立底板简支梁力学模型,推导获得底板岩梁挠曲变形的表达式,根据控制变量原理得到了底板刚度、侧向压力、底板载荷、巷道跨度对底板变形的影响效应。（5）采用FLAC3D中的Interface单元构建层理面,模拟出底板的层状特性,计算获得底板岩体分层厚度、软弱夹层赋存层位和数量、底板岩层组合结构对层状底板稳定性的影响。4.基于模型试验和数值计算深入研究获得了采动影响下上覆岩层的运动特征、围岩应力和塑性区的时空演化规律。（1）基于二维相似模型试验,采用数字图像相关方法对工程开挖过程中模型的全场位移进行监测,结果表明,工作面回采过程中上覆岩层的偏载效应劣化了辅运巷围岩的应力环境,围岩变形具有显著的非对称性。（2）采用FLAC3D数值软件构造三维模型,对辅助运输巷全服务周期内围岩的稳定性进行分析,结果表明,辅运巷掘进期间,围岩具有较好的稳定性。本工作面回采期间,围岩应力环境劣化,巷道呈现显著的非对称性破坏。下工作面回采期间,辅运巷围岩应力水平不断提高,围岩破坏范围进一步增大。（3）巷道围岩的非对称破坏与主应力偏角有关。随着主应力的偏转,巷道两侧围岩应力分布呈现显著的差异性,塑性区呈非对称性扩展。主应力偏角越大,差异性越显著。围岩破坏具有显著的方向性,沿最小主应力作用方向围岩破坏程度更大。5.提出超前预裂切顶卸压技术以改善辅运巷围岩的应力环境,基于数值计算和模型试验对切顶卸压关键参数进行优化。（1）采用FLAC3D数值模拟对切顶方案和切顶参数进行优化,以辅运巷围岩应力集中程度和应力非对称程度为指标优选切顶方案,计算结果表明在运输巷侧切顶,并通过调整切顶高度和切顶角度,围岩应力环境得到显著改善。辅运巷单侧切顶或两巷同时切顶,围岩应力环境同样得到优化,但随着切顶高度和切顶角度的变化,切顶效果并未得到显著提高。在辅运巷侧进行超前预裂切顶卸压会破坏巷道顶板岩体的完整性,不利于辅运巷的长期稳定。（2）在运输巷侧进行超前预裂切顶卸压,切顶角度达到40°时,辅运巷两侧围岩应力基本恢复对称式分布,巷道围岩应力环境大为改善。辅运巷底板两侧围岩峰值应力随切顶高度的增加线性减小,原则上切顶高度越大越好,但实际切顶高度应根据工程地质条件进行确定。（3）采用相似模型试验并辅以DIC测试系统,对数值计算获得的切顶参数的合理性进行验证,综合分析覆岩的运移规律,以辅运巷围岩应变场和裂隙发育情况为指标,对切顶卸压的效果进行综合评价。试验结果表明,在运输巷侧采用切顶卸压技术对覆岩结构进行主动调控,大幅优化了辅运巷围岩的应力环境,巷道围岩变形破坏程度降低,有利于巷道的长期稳定。在辅运巷侧采用切顶卸压对上覆岩层运移的调控效果有限,且降低了巷道顶板岩层的完整性,不利于辅运巷的长期稳定。6.提出以优化围岩应力环境和提高支护系统对工程环境的适应性为核心的CR-B围岩控制对策。（1）基于大量现场调研数据,对辅运巷现行支护方式进行综合评价,全面分析支护系统存在的不足。为降低工作面回采期间辅运巷围岩的应力水平和应力分布的非对称性,提高支护结构体对工程环境的适应性,提出以切顶卸压优化辅运巷围岩应力环境为基础,以差异化支护为核心的C-R-B（Roof cutting-Stress reliefSurrounding rock bolting）围岩控制对策。（2）综合分析了支护构件对围岩的控制效能,并基于数值模拟对不同支护参数作用下巷道围岩支护应力场的分布规律进行了全面分析,对辅运巷支护参数进行优化。（3）根据辅运巷全服务周期内围岩的变形破坏特征,为适应围岩非对称应力环境,基于差异化支护技术,对支护参数进行设计,并通过数值模拟对巷道围岩控制效果进行分析。计算结果表明,C-R-B围岩控制对策改善了采动影响下巷道围岩的应力环境,差异化支护技术有效提高了支护结构体对非对称应力环境的适应性,在辅运巷围岩内部形成连续的内外承载拱结构,提高了巷道围岩的整体承载能力,保障巷道围岩在全服务周期内的稳定。