松软破碎煤层回采巷道支护一直是煤矿面临的主要难题之一,降低成本和提高工效是支护技术的关键。然而广泛应用的锚网索支护系统,对此类巷道仍难以奏效。注浆加固可以有效改善破碎煤体结构,但常用的注浆材料仍存在高污染、凝结时间不可控、易析水等问题。本文以桑树坪2号井煤矿3#煤层3303-1回采巷道为研究对象,针对煤帮破碎裂隙发育、支护难且成本高及瓦斯抽排率低等问题,提出“裂隙煤岩体预应力锚注加固”方案,并研发新型自应力注浆材料LS-1和预应力注浆锚杆,将锚杆系统与注浆工艺有机结合。首先针对预应力锚注与围岩耦合机制进行理论分析,预应力锚与自应力注的结合相得益彰,极大提高围岩自承能力;然后对具有微膨胀性的自应力材料LS-1进行Minitab正交试验设计及分析,并依据各成分的作用原理,最终得到LS-1的最佳配合比;在实验室进行预应力锚注模拟试验,将现场取回的煤块重组“新煤体”,通过单轴压缩等试验得到最佳施加锚杆的预应力应为50KN等锚注参数;并进行预应力锚注修复压破煤试件,通过单轴-声发射等试验,对锚注前后煤试件的性能变化进行详细分析;根据3303-1巷道的地质条件,利用FLAC3D分别模拟原支护方案和预应力锚注对巷道稳定性和受回采扰动影响进行分析;最后现场监测两种支护方案100m巷道段的锚杆受力、钻孔电视及瓦斯抽排率等,结果表明,预应力锚注对破碎煤帮的支护控制效果更佳,能够改善3303-1巷道破碎煤帮的结构,还原裂隙煤体完整性,并提升瓦斯抽排率42.68%,比原支护方案每年可节省总支护费用约490万元,并节省缺口施工等工序,减少施工人员12名,极大降低了危险事故的发生概率。本文的研究为其他同类型巷道支护提供可借鉴经验,并为预应力锚注在隧道、矿山、边坡等岩土工程中扩展应用奠定良好的基础。