随着煤炭需求量增加,导致煤炭开采不断向深部转移,深部复杂的地质环境势必造成煤炭开采面临更加严峻的挑战,其中巷道围岩稳定性已成为研究的焦点。注浆加固对围岩稳定性控制起到很好的治理效果,而围岩梯度破坏引起的裂隙不均匀特征,造成传统注浆材料由于颗粒大等问题不能满足注浆加固对围岩稳定性控制的要求;且深部环境更加复杂,面临富水和离子侵蚀环境,造成水泥基注浆材料出现力学性能明显下降等问题。为了解决上述难题,论文首先采用室内试验改进了传统注浆材料的缺陷,提出了纳米黏土（NC）改性水泥注浆材料的方法,借助宏观和微观手段分析了水泥材料的力学性能及水化机理,进一步研究了复杂环境下纳米基注浆材料的宏观性能及微观结构演化特征;同时研究了纳米基注浆材料对围岩分级控制加固试验,结合水泥注浆加固材料的性能,根据围岩梯度破坏规律,提出了梯度支护分级加固机理,采用D-P准则和弹脆性损伤模型,建立了围岩梯度破坏力学模型,并进行了验证。该研究对深部围岩稳定控制具有重要的指导作用。通过上述分析,论文取得的研究进展如下:（1）首先研究了纳米黏土注浆加固材料的力学性能,试验得出NC含量增加,浆液初凝时间变短,泌水率明显下降,但缓凝剂对终凝时间影响不大;NC掺量与浆液的流动时间呈现反比例关系且具有拟合度较高的指数特征;同时NC掺量增加,纳米黏土材料结石体的纵波和横波出现先增大后减小的趋向,表明NC改变了水泥试样的致密性。纵波速度的改变与抗压强度的变化相似,即试件的抗压强度越大,其对应的纵波波速也越大,同时得出了水泥试件毛细吸水率规律。（2）借助微观试验,揭示了其水化机理。微观试验MIP得出:NC≤2%时,试样的无害孔和少害孔增多,相对应的有害孔和多害孔呈现下降趋势,水泥材料的水化反应更加充分,试样密实度较大;NC≥2%时,水泥水化生成的凝胶孔和过渡孔减少,密实度降低,其宏观力学性能变差。微观试验表明,NC≤2%时,钙矾石（AFt）产物明显增多且比较密集,形貌呈现出“花骨朵”状,同时伴随氢氧化钙（CH）消耗和水化硅酸钙（C-S-H）凝胶形成,C-S-H可以填充试件的孔隙结构,提高致密性;当NC继续增多,AFt长度较短,呈细针状,并发现片状CH,C-S-H明显减少,水化产物和AFt都受到限制,影响试样密实度和孔径结构。（3）为满足复杂条件对注浆材料的要求,论文研究了复杂环境对注浆材料的侵蚀特性。试验得出离子侵蚀下NC含量的加入提高了试样强度,降低质量损失率;NC增加不仅能填充水泥材料的孔隙,而且能促进水化反应,降低渗透性;同时依据试验结果建立了渗透率和浸泡时间的理论模型,并对模型进行了验证;微观试验表明,当NC含量为2 wt.%时,水化产物AFt的峰值强度最高,NC最大程度的促进了水化反应,生成较多的水化物质;NC含量高于2%时,水化反应受到抑制,主要产物AFt减少,同时C-S-H生成量也减少,试样的充填作用减弱,孔隙增大,最终导致致密性降低,AFt的含量和形态也随着NC含量的变化而改变。微观分析表明,NC能有效的填补水泥材料孔隙,促进水化反应,细化材料孔隙结构。（4）在上述分析的基础上,完成了纳米黏土注浆材料对围岩分级控制加固试验验证;NC材料加固围岩后,围岩强度能达到完整岩石峰值强度的63.4%（σ3=2.0 MPa）、58.3%（σ3=5.0 MPa）和63.2%（σ3=10.0 MPa）。且NC注浆材料加固破坏后的裂隙岩体,其峰值强度达到完整试样的37.4%,而HC材料加固后达到完整岩石的22.8%。峰后加固试验表明,NC注浆材料具备粒径小且粘结力强等特点,可以很好地渗透围岩较小裂隙。（5）根据巷道存在梯度破坏形态,结合围岩裂纹分布特征,提出了梯度分级加固控制,即破碎区采取锚杆和高强度注浆加固的方式,实现巷道外围的梯度承压壳;由于塑性区裂隙、孔径沿巷道径向应力方向逐渐变小,张开裂隙也转变为闭合裂隙,普通注浆材料很难完成较好填充作用,在塑性区采用纳米基注浆材料实现分级加固,形成三维梯度承压壳,实现围岩稳定特性。（6）结合研发的注浆加固材料,采用D-P准则和弹脆性损伤模型,建立了梯度支护分级加固力学模型,依据梯度破坏特征建立分级梯度承压壳,提出了梯度承压壳控制机理,实现了围岩强度的恢复;基于围岩梯度应力解,得出了梯度系数KΔ:KΔ=K.cΩ=|σθ/σr.cΩ|;采用数值模拟标定了围岩参数,并完成了初始支护验证;同时得出梯度分级加固技术使围岩位移由局部剧烈变形逐渐转变为均匀缓慢整体变形,并对支护效果机理进行了讨论。研究表明围岩梯度力学加固模型为围岩控制提供了理论和实践意义。