煤矿深部巷道开挖后，由于高地应力与围岩低强度之间的突出矛盾，极易发生大变形失稳致灾。为实现深部巷道围岩稳定控制，需要揭示深部巷道围岩大变形失稳过程及其与支护结构的相互作用机理。为此，本研究基于有限元-离散元方法(FDEM)，开展煤矿深部巷道围岩破裂碎胀变形及稳定控制模拟研究。目前，FDEM存在计算效率低、计算参数多且取值依据不明确、岩体加固模型少、锚固支护作用机理算法研究不足，无法有效模拟研究预应力锚杆支护效果等问题。鉴于此，本文首先通过GPU并行算法的研究，实现了FDEM在CUDA平台下的高效计算；然后针对FDEM计算的参数取值问题，通过岩石破坏本构模型中宏观和细观参数之间的关系统计分析，提出了一种FDEM计算参数的快速标定方法。进而，通过锚杆锚固力的组成、肋结构的作用规律及参数取值研究，建立了基于实体单元建模的FDEM锚杆支护模型；通过围岩注浆加固机理的分析，提出了围岩注浆加固的FDEM模拟方法。在此基础上，依托平煤矿区深部巷道工程，开展了FDEM方法的工程应用研究，实现了煤矿深部巷道预应力锚注联合支护过程的综合模拟。具体研究内容及主要结论如下：
　　(1)针对FDEM的计算效率低的问题，研究了FDEMGPU并行实现方法，采用域分解方法，对计算耗时且计算逻辑性强的接触检索和接触力计算进行并行设计，实现了FDEM基于NVIDIA公司CUDA平台的GPU并行计算，显著提高了计算效率。
　　(2)针对FDEM的计算参数准确取值缺乏依据问题，基于不同强度岩石宏观力学参数和细观断裂参数的室内试验结果，研究了FDEM计算岩石破坏本构模型中宏观参数和细观参数之间的关系统计规律及取值依据。结果表明：岩石的细观断裂参数与宏观抗拉强度参数间存在幂函数的统计关系；岩石的压拉强度比是内摩擦角的函数；切向罚参数与法向罚参数的比值仅与泊松比有关；岩石宏观力学参数的尺寸效应主要体现在强度参数上，存在尺寸无关的力学参数，在此基础上，提出了一种FDEM计算参数的快速标定方法，并通过标定模拟与实验对比验证了该方法的准确性和效率。
　　(3)针对FDEM中锚杆支护作用的模拟，建立了基于实体单元建模方法的锚杆支护模型。通过锚杆支护结构的力学模型以及中心拉拔试验和模拟研究，分析了锚杆锚固力的组成、锚杆肋结构的作用，揭示了锚杆锚固力的径向作用规律和参数取值，并在锚杆支护模型中体现。开展了锚杆支护模型的中心拉拔试验模拟研究，并通过试件锚固力-滑移关系及破坏特征的对比分析，验证了该模型能够较好地表征带肋锚杆的锚固力-滑移曲线形态特征和加载速率的作用规律，能够准确反映锚杆的作用机理。
　　(4)针对FDEM在深部巷道开挖过程模拟问题，实现了FDEM并行程序中的地应力施加和巷道开挖模拟。开展了高应力作用下深部巷道开挖过程模拟，研究了围岩发生破裂碎胀变形的过程，揭示了高应力是巷道发生变形和破坏的主控因素，围岩的破裂和碎胀加剧了围岩的大变形及失稳过程。实现了FDEM中基于失效节理单元重新粘结的注浆加固作用模拟。开展了不同强度注浆材料试件单轴压缩和楔形劈裂试验，研究了不同强度注浆材料对岩石的粘结规律，结果表明：浆液对岩石的粘结作用随着浆液强度增加而增强，注浆材料本身表现出极大的塑性变形，但对岩石的粘结易发生脆性破坏，并得到了注浆材料的抗压强度σc、劈裂抗拉强度σT及断裂能GⅠf的值，为数值模拟参数取值提供依据。开展了巷道开挖后不同强度浆液、注浆次数的注浆加固过程模拟，研究了注浆对围岩变形和破坏的加固效果，结果表明：低强度浆液对围岩的加固作用有限，高强度注浆材料能够有效减小围岩的破碎程度和破坏范围，对巷道稳定控制有很好的效果。
　　(5)实现了基于内衬单元的衬砌支护施加模拟。开展了高低强度喷层、钢拱架和U型钢可缩性支架等支护方法的FDEM模拟，研究了各种支护措施对围岩控制的作用效果，结果表明：围岩破裂碎胀大变形主要发生在有应力释放通道的薄弱部位。提出了深部巷道围岩“全断面等强支护”的支护原则，以避免产生薄弱部位应力集中，保持开挖空间的整体稳定。实现了锚杆预应力施加，并开展了预应力锚固及锚注的分步联合支护作用模拟，研究了联合支护作用下巷道围岩变形和破坏特征及其控制效果，结果表明：预应力锚固及锚注支护明显减少了近表围岩的拉破坏与拉剪混合破坏，巷道围岩的变形量及破坏范围得到了有效控制，模拟结果与现场巷道变形实测结果一致。