大倾角煤层巷道周边围岩常受到复杂非对称载荷的影响,而非对称载荷产生的剪应力成分有利于围岩裂隙的开裂与扩展,这是导致大倾角煤层巷道破裂失稳的主要原因之一。从不同角度揭示大倾角煤层巷道破裂演化与失稳机理可对此类巷道支护设计提供重要参考依据。虽然国内外学者针对大倾角煤层巷道破裂失稳机理与控制技术开展了一系列研究,但因缺乏相关的实验系统,从实验室小试样角度揭示剪应力成分对大倾角煤层巷道破裂行为的影响仍为研究空白,考虑顶板弱面滑移效应的采动下大倾角煤层巷道失稳模式仍鲜有报道,从力学角度揭示采动强度与倾角对大倾角煤层巷道围岩应力及变形影响的研究仍需完善。本文将综合采用实验室试验、数值模拟、理论分析和现场试验等手段开展采动影响下大倾角煤层巷道围岩破裂演化与失稳机理研究,并针对性的提出相应的控制理论与技术。主要研究结论如下:(1)研发压缩-剪切耦合加载实验系统,详述该系统具体组装步骤及使用方法,给出煤岩试样在压缩-剪切耦合加载下的强度计算原理;与传统的单轴压缩实验系统相比,该系统能够实现试样在倾斜条件下的单轴加载,使其处于压剪耦合力学状态下,该加载方式能够有效反映大倾角巷道受压缩-剪切耦合载荷影响的力学状态。(2)基于压缩-剪切耦合加载实验系统,研究煤岩应力-应变曲线、切向应力-剪切位移曲线、应力、弹性模量、切向应力以及应变能随倾角与加载速率演化规律,揭示倾角与加载速率效应对煤岩力学性能的影响;结合PFC软件对比分析不同加载速率和倾角下煤岩宏观破裂模式及渐进破裂过程,揭示加载速率和倾角效应对煤岩破裂倾向性的影响;基于BP神经网络算法,建立不同加载速率和倾角下煤样峰值应力与弹性模量预测模型,实现复杂应力状态下煤岩力学性能的定量表征。(3)开展压缩-剪切耦合载荷下煤岩破裂的声发射行为研究,分析声发射特征参数和裂纹起裂、损伤阈值随加载速率和倾角演化规律;基于声发射波形特征,获得不同加载条件下煤样张拉、剪切裂纹演化规律,进而揭示倾角与加载速率效应对煤岩微破裂行为的影响;建立纯单轴压缩和压-剪耦合载荷下煤岩裂隙开裂模式力学模型,从力学角度揭示压缩-剪切耦合载荷下煤岩裂隙起裂行为。(4)结合工程实际,考虑顶板无弱面和含弱面两种情况,采用FLAC3D数值模拟软件研究倾角、采动强度、弱面参数以及应力释放系数对大倾角煤层巷道围岩位移场、应力场、塑性区以及弱面剪切位移的影响,从工程角度揭示两种顶板结构下大倾角煤层巷道破裂失稳机理及渐进破裂过程。(5)基于保角变换及复变函数理论,考虑采动强度与倾角的影响,建立大倾角煤层直墙拱巷道围岩应力和变形力学模型,结合遗传算法求得不同采动强度和倾角下围岩应力及变形解析解,从力学角度揭示采动强度与倾角对大倾角巷道失稳模式的影响。(6)基于数值模拟结果,建立支护作用下大倾角煤层巷道顶板块体结构自稳力学模型,给出顶板结构自稳力学判据,分析弱层间接触力与左右拱肩部位支护强度之间的关系,引出“高预应力非对称”支护理论;将该理论应用于工程实际,现场动态监测其应用效果,最后给出采动下大倾角煤层回采巷道支护设计流程。该论文有图136幅,表33个,参考文献187篇。