随着矿山开采向深部发展,巷道围岩稳定性控制成为制约矿井安全高效生产的首要难题。在“三高一扰动”、软弱破碎巷道围岩、断层破碎带等复杂施工条件下,传统的锚网喷、型钢支架由于强度有限且存在结构缺陷等原因,造成巷道围岩难以有效控制,大量巷道变形破坏、支护结构失效等棘手难题。本文以烂泥沟金矿深部破碎巷道支护问题为研究背景,以钢管混凝土支架为研究对象,采用现场勘查、理论分析、物理实验以及数值实验相结合的方法,全面分析了巷道围岩-支护结构的耦合作用特性,并将研究成果应用于工程实践,通过巷道变形观测和微震监测,量化分析了钢管混凝土支架的支护效果。主要研究结论如下:(1)通过RQD和RMR方法对烂泥沟金矿岩石质量进行评价,认为该矿岩体较为破碎,完整性不高,围岩稳定性较低。现场勘查后得出,巷道埋深大、围岩条件差、巷道断面大且支护强度低、巷道围岩非对称非均质结构是烂泥沟金矿巷道围岩变形破坏的主要原因。可以从改善巷道围岩应力状态、选择高强钢管混凝土支架支护、优化巷道断面进行巷道围岩稳定性控制。(2)基于烂泥沟金矿现有支护方式及其参数,分析“锚网喷+钢管混凝土支架”复合支护特征曲线。综合考虑时间在围岩-支护结构相互作用过程中的作用特点,总结其耦合作用过程的三个特征,即应力平衡点、时空演化特点与耦合变形特点。(3)理论计算得出钢管混凝土支架的承载力是U型钢支架承载力的2.5-4.9倍。静态加载数值试验表明:同一侧压力系数(0.8、1.2、1.5)条件下U型钢支架受力显著大于钢管混凝土支架,钢管混凝土支架最大变形分别为U型钢支架的62.1%、68.4%、70.5%。动态加载数值试验表明:爆炸应力波在支架上的实时到达位置会产生明显应力集中现象,应力波实时到达位置为支架的最大应力部位。在爆破应力波的扰动下,两类支架变形表现出明显的“区域特征”,即支架距离爆破点越近产生的变形越大,反之越小。在相同炸药量情况下,钢管混凝土支架最终变形量始终小于U型钢支架,体现了钢管混凝土支架具有更好的承载性能。(4)以30中段水仓为工程背景,针对性提出“锚网喷+直墙三芯拱圆形钢管混凝土支架+加固锚杆”的复合支护方案。对支架试验段与非试验段巷道进行对比监测,未架棚段两帮收敛、顶板沉降值分别为222mm和94 mm,架棚段两帮收敛、顶板沉降值分别为38 mm和19 mm,分别降低82.88%、79.79%。通过IMS微震监测系统对30中段进行监测,结果显示钢管混凝土支架支护段的微震事件相对较少,事件聚集不明显,表明支架支护段围岩产生的微破裂较少且没有显著扩展集中,围岩-支架耦合作用有效改善了围岩整体承载能力。