目前,在煤矿巷道破碎围岩注浆支护中,大多数采用纯水泥浆液进行注浆加固,存在强度低、有干缩、流动性差和粘结煤岩体差等问题,使得注浆效果差,影响巷道的安全性,因此,围绕改性纯水泥浆液性能缺陷,采用室内试验和数值模拟的方法,对自主配制的膨胀注浆材料进行了配比、注浆加固和锚固系统特性的研究,进而找到能够很好改性纯水泥浆液缺陷的最佳配比,从而加强注浆效果,提高巷道的安全性。(1)配比试验研究。采用正交试验方法对膨胀注浆材料中膨胀剂掺量、减水剂掺量和早强剂掺量进行三因素三水平的正交试验设计,设计膨胀剂掺量为5%、10%、15%、早强剂掺量为3%、4%、5%、减水剂掺量为0.4%、0.8%、1.2%,通过分析不同膨胀剂、早强剂、减水剂掺量水平下,浆液流动度、粘度、凝结时间、析水率、抗压强度、膨胀率和膨胀力共7项性质的影响特征,最终采用综合平衡法,得到了膨胀材料的最佳配比为膨胀剂掺量为10%,早强剂掺量为5%,减水剂掺量为1.2%。(2)注浆加固试验研究。通过自主设计模拟注浆装置,开展破碎煤岩体膨胀注浆材料和纯水泥材料注浆加固试验,通过对比破碎煤岩体注浆加固前后7d和28d抗压强度的大小,得出对于恢复破碎煤体强度系数,膨胀注浆材料比纯水泥分别高0.15、0.27,对于岩体分别高0.1、0.18,从而验证膨胀注浆材料最佳配比的合理性。(3)锚固系统特性拉拔试验研究。一方面,设计锚固系统受力试验,通过钻孔注入膨胀注浆材料和纯水泥浆液锚固锚杆,并对其进行拉拔试验,最终得出使用膨胀注浆材料锚固锚杆较纯水泥浆液锚固锚杆拉拔力提高了 1.6倍;另一方面,设计锚固系统拉拔数值模拟试验,分别模拟在煤体和岩体单一岩性情况下,膨胀注浆材料和纯水泥浆液分别锚固锚杆,对比分析锚杆轴力、浆液剪应力和围岩应力三个方面性质,得出煤体岩性在拉拔力100KN时,膨胀注浆材料在最大锚杆轴力、浆液剪应力和围岩应力分别比纯水泥浆液,高0.0003MPa、低0.0001MPa、低0.01MPa;在拉拔力 150KN 时,高 0.00001MPa、低 0.0008MPa、低 0.012MPa;在拉拔力 200KN 时,高 0.0001MPa、低 0.001MPa、低 0.02MPa;岩体岩性规律与煤体相似。从而得出膨胀注浆材料比纯水泥浆液锚固效果好。最后,将膨胀注浆材料应用于安居煤矿东翼轨道大巷下车场巷道现场支护试验中,通过分析注浆加固巷道围岩变形、加固及锚杆受力情况,得到膨胀注浆材料浆液能够得到有效应用,为巷道围岩的稳定提供了安全保障。