Con la disminución de los recursos superficiales, las vías subterráneas de explotación de recursos han alcanzado masas rocosas profundas con alta geoestrés. Se descubrió una serie de nuevos fenómenos de falla, como el fenómeno de desintegración zonal, que son completamente diferentes de las cavernas superficiales. Para revelar el mecanismo de formación de la desintegración zonal, se llevaron a cabo pruebas de modelo geomecánico y análisis del mecanismo de energía de la desintegración zonal. Tomando la vía profunda de la mina de carbón Dingji en la mina de carbón Huainan de China como contexto de ingeniería, se realizó una prueba de modelo geomecánico 3D apoyándose en el sistema de prueba de carga 3D de alta tensión. Se observó el fenómeno de desintegración zonal y se midió la ley de oscilación del desplazamiento. Basándose en la teoría del gradiente de deformación y la mecánica del daño continuo, se estableció el modelo de daño elastoplástico. Se propuso un criterio de falla por energía mediante el principio de disipación y liberación de energía. La función ODE45 en el software Matlab se utilizó para resolver los desplazamientos y tensiones del modelo de vía excavada. Las soluciones analíticas y la prueba del modelo geomecánico fueron básicamente consistentes. Se confirmó la aplicabilidad del modelo teórico y del criterio de falla por energía para explicar el mecanismo de desintegración zonal y se puede utilizar para proporcionar apoyo teórico para el diseño de falla y soporte de la roca circundante en la ingeniería subterránea profunda.