巷道(承担着通风、运输、行人及其他功能)在煤矿开采中扮演着重要的角色,巷道的稳定关系着煤矿的安全和高效生产。近年来由于开采强度的增大和开采深度的增加,加上复杂的地质条件,采动应力和构造应力的叠加,使得井下开采区域巷道容易产生大的变形、失稳和破坏,甚至会由于冲击地压、矿震或强烈矿压显现等造成巷道的损坏。如何对处于应力影响范围内的巷道的稳定进行监测,及时对巷道变形、失稳等危险状况作出预警,是煤矿安全监测中的重要研究内容。针对巷道变形失稳监测的实际,本文建立巷道围岩变形破坏模拟试验及应变测试系统,在通过材料强度配比试验确定相似模型所需材料最佳配比的基础上,开展了巷道围岩变形过程的物理相似模拟研究,测试了二向载荷条件下受载巷道模型变形破坏过程中的宏观应力、应变的变化特征,同时利用预先植入的光纤光栅传感器测试了巷道围岩内部应变的变化特征;并结合RFPA数值模拟结果,分析了巷道围岩变形破坏机理;最后根据巷道围岩内部弯曲拉伸应变变化的时序特征,提出了基于内部应变监测的围岩失稳判别条件。全文主要取得以下研究成果:(1)进行了试验模型所需相似材料的强度配比实验,测定了沙子石蜡混合物8种配比情况下的主要力学参数,确定了沙子/石蜡为100:12作为相似模型所需材料的最佳配比。(2)建立了巷道围岩变形破坏模拟试验系统,开展了巷道围岩变形过程的物理相似模拟试验,模型整体变形破坏过程的全应力应变曲线可以划分为四个阶段:压密阶段、受载阶段、破坏阶段和破坏后阶段。(3)测试并分析了巷道模型受载变形破坏过程中顶板下沉和支撑压力变化情况,以及垂向、横向载荷变化特征和围岩内部应变变化特征。(4)应用RFPA2D软件,对巷道模型进行了平面应力分布集中及平面裂纹生成发育扩展过程的数值模拟分析。(5)提出了基于内部应变监测的巷道围岩失稳判别条件:①应变呈渐增大趋势且其绝对值达到很大或者应变值在短时间内迅速增大;②应变表现出先上升后下降的趋势特征,或出现不规则的波动。本文为巷道围岩的实验模拟研究提供了新的思路,对深入了解巷道变形破坏及围岩失稳具有重要的理论价值和现实意义。