随着地下矿产采掘和地下工程开挖量的不断增加,在深井高地应力、围岩裂隙发育及地质条件复杂的岩土工程施工中,注浆可以填充裂隙煤岩体,能够防渗堵漏和提高围岩强度。目前,注浆加固方法主要采用高强锚杆锚索配合注浆管进行深浅孔注浆和普通注浆锚杆及锚索注浆。上述注浆加固方法仅仅注重注浆的作用效果,忽视了高强预应力锚固的作用,无法实现高强预应力锚注一体。对于注浆材料而言,大部分均是化学及聚合物纤维注浆材料,对地下水和煤质具有严重污染,少数水泥基注浆材料的加固效果也不明显。本文提出的新型预应力锚注加固方法的关键是在注浆锚杆、锚索的预应力和新型注浆材料的预应力叠加条件下形成的固结体强度特征。因此,研制出绿色环保的水泥基预应力注浆材料及预应力注浆锚杆锚索支护构件,有效解决化学注浆材料污染地下环境的问题,提供了一种新型的裂隙煤岩体预应力锚注一体加固方法。(1)分析了矿井巷道围岩破坏特征及支护机理,解释了预应力锚注一体加固方法中锚杆、锚索及注浆材料的加固原理。基于水泥基混凝土材料浆液反应原理,利用正交试验方法确定了新型预应力注浆材料FZY-I的最佳配比为膨胀剂掺量为8%,早强剂掺量为2%,减水剂掺量为1.5%,水灰比0.45。通过煤块灌浆试验得出煤块固结体与原煤样强度相比提高17.1%,初步验证了浆液的性能。(2)分析了注浆锚杆杆体螺纹结构、扭矩应力比和材料材质,研制出了新型高强预应力注浆锚杆FZMZ-I、注浆锚索FZSZ-I及配套支护构件。根据固结体岩芯的室内单轴抗压强度试验得出了泥岩及砂岩固结体的抗压强度分别为25.4Mpa和126.4Mpa,其中泥岩强度与原来相比提高了 25.1%。通过SEM试验得出岩-浆界面的片状氢氧化钙和针状钙矾石晶体相互交织在一起共同增大了胶结面的密实度,内部水化反应产物凝胶增加了岩浆界面的胶结力,提高了界面强度。(3)对大兴煤矿试验巷道进行了预应力锚注支护设计,通过数值模拟对比研究采动条件下预应力锚注加固的效果。新型注浆材料及配套支护构件在试验段巷道进行了实际应用,根据矿压观测数据及钻孔电视图像,验证了研发材料的可靠应用性,取得了良好的经济和社会效益,实现了新型注浆材料及配套支护构件的工业试生产。