应力分析是煤矿巷道围岩控制研究的重要内容,当前尚缺乏对应力场结构进行可视化显示和描述的有效手段。针对此问题,提出使用主应力迹线来可视化显示应力场,并通过主应力迹线图中退化点的位置和类型,以及主应力迹线圈的分布形态来表征应力场的结构。本文主要通过理论分析、数值模拟、现场验证相结合的研究方法,对巷道围岩应力场结构的表征及其稳定性关系进行了深入研究。应力场即张量场,可以借助张量拓扑学的相关理论和方法来描述应力场的结构特征。而在张量拓扑学中,通常借助超流线(主应力迹线)来描述张量场的结构,而超流线的结构主要受场中退化点位置和类型的控制,因此本文对主应力迹线及其相关概念进行详细的介绍说明,并给出了巷道围岩应力场拓扑结构的准确定义。为了找到巷道围岩稳定性与应力场结构之间的关系,运用数值模拟的方法,对一系列典型情况巷道进行数值分析,进而揭示出巷道围岩主应力迹线形状分布的一般规律以及应力场结构与巷道失稳破坏关系规律。结合所得规律以及非线性动力学的思想对围岩进行稳定性分析,总结出基于围岩应力场拓扑结构的几条稳定性准则,最后在实际工程案例中验证准确性。研究发现巷道围岩破坏和应力场结构之间存在着较明确的关系,主应力迹线是可以表征巷道围岩应力场结构的,主要是通过主应力迹线形状以及退化点的位置两方面体现。侧压系数、岩体材料强度、巷道断面面积等因素均会对主应力迹线形状造成影响,主要体现在主应力迹线圈曲率与退化点位置形态上。巷道围岩容易在两种情况发生较严重的塑性破坏:应力场拓扑结构发生改变的情况(退化点发生局部分岔现象);主应力迹线曲率较大的位置。主应力迹线圈越趋于圆形,巷道越稳定,反之将容易发生失稳。因此,从主应力迹线角度出发,尽可能使主应力迹线圈变圆并且远离巷道壁,即可保证巷道稳定性。主应力迹线的稳定性分析方法可以对现阶段的一些围岩控制理论、方法进行很好的解释说明,且在工程实例中得到验证,该方法可以为以后巷道围岩控制理论研究提供一条新思路。