本文以矿山不稳固围岩内主溜井为研究对象,以溜井井壁冲击磨损、垮塌加固为研究背景,调查分析工程地质条件影响,总结类似矿山溜井坍塌治理经验,剖析常见支护方式的局限性。基于以防为主、防治结合的基本原则和以柔为主、刚柔并济的设计理念,提出可承受内部矿石冲击荷载的新型抗拉式钢筋混凝土溜井衬砌结构(简称为抗拉式衬砌结构);针对室内试验模型加载特点设计制作内力加载试验装置(简称为加载装置);提出塑性区围岩注浆加固概念并对不稳固围岩溜井支护设计进行系统研究。抗拉式衬砌结构由多片弧形钢筋混凝土结构衬砌单元与固定在衬砌单元两端的工字钢接头组成。衬砌单元内部钢筋笼主筋上套设波纹管使其为主要受拉构件,减少其所受拉力传递至混凝土内;钢筋笼端部焊接工字钢形成联接构件;衬砌单元预留注浆孔可实现壁后注浆。新型抗拉式衬砌结构设计改变了传统衬砌的受力状态,使衬砌混凝土与钢筋分工受力,充分发挥混凝土的抗压性能与钢筋的抗拉性能;衬砌分片并通过端部工字钢联接,充分发挥衬砌单元混凝土的抗压性能。衬砌单元预留注浆孔可实现壁后注浆,甚至对围岩塑性区松散围岩注浆加固,使衬砌与围岩一体化共同承载,有效增大衬砌等效厚度、改善衬砌防水条件、稳定壁后松动围岩。此外,抗拉式衬砌结构施工便利,可现浇或预制拼装。通过衬砌内力分析及结构计算,得到衬砌的三种不同承载力极限状态,进而对衬砌极限承载力状态进行了两两分析对比;设计并制作衬砌径向内加载装置,研究加载装置各模块方案并对加载装置进行结构承载力验算,证明加载装置满足试验荷载要求;设计并制作对比试验衬砌模型,计算等效静载同时设计加载量级,布置试验量测系统。实验前测定试块单轴抗压强度满足试验要求,加载过程中记录数据,得到其应变、径向位移、裂缝发育、混凝土声速的变化规律。对比分析结果表明:抗拉式衬砌主筋拉应力增大、混凝土内拉应力减小,明显有别于传统衬砌的受力状态;对试验模型及加载工况建模并进行数值模拟研究,综合分析了模型加载过程中径向位移、混凝土应变、钢筋轴力的计算结果,结果表明抗拉式衬砌受力状态优于传统衬砌。将数值计算结果与试验所得数据相互对比,其差值率在合理范围之内。