巷道开挖过程中,围岩内应力重新分布并产生变形破坏,为保证巷道的稳定及正常使用,有必要对其稳定性及有效支护进行研究。本文考虑巷道围岩的非线性力学响应及岩体的损伤破坏特性,从岩体内部微裂纹产生和扩展的损伤机理出发,建立岩体的非线性损伤本构模型("直线-曲线-直线"本构模型),求得等压荷载下圆形巷道围岩不同区域半径及位移的计算公式,并求出围岩平衡方程。同时,引入巷道开挖面空间效应原理,提出分步联合支护方案控制围岩变形,建立围岩-支护耦合作用的力学模型,并求得围岩-支护相互作用实时解析解和相互作用平衡力。在此基础上,通过算例分析初始损伤D0、软化程度系数β和损伤比例系数k对塑性损伤区、流动损伤区分布范围、应力分布及位移的影响,也进一步分析了支护时机和支护强度对支护作用效果的影响。文中以刘庄煤矿井底车场的巷道群为研究工程背景,利用3DEC数值模拟软件分析不同支护时机(模拟支护结构距离开挖面分别0.2m、1m和2m)和不同支护强度(模拟三种支护方案)条件下对围岩变形的控制效果,然后现场监测巷道围岩表面和深部岩体的位移量,监测结果验证了研究成果的正确性。本文的研究成果可以为巷道的稳定性分析提供理论依据和为有效支护的确定提供一定的参考。