煤矸石是我国目前最大的工业固体废弃物之一，大量堆存的煤矸石不仅是煤矿生产的沉重包袱，而且侵占大量土地、污染环境。自燃煤矸石经破碎后在成分与性质上与天然骨料有很多相近之处，综合利用自燃煤矸石做喷射混凝土骨料可有效减少煤矸石的堆积，降低支护成本。但自燃煤矸石骨料存在结构疏松、吸水量大、抗压强度低、细颗粒较多等作为骨料的不利因素。这些特点将影响喷射混凝土的支护效果，降低巷道支护结构的性能。本文结合煤矿巷道支护现状，通过理论分析与数值模拟相结合、实验室实验与现场应用相结合、力学性能与结构分析相结合、微观界面结构与宏观界面力学分析相结合的方法对煤矸石骨料喷射混凝土性能进行了系统研究与优化应用。主要研究工作及成果如下:　　(1)利用FLAC3D软件对巷道喷层支护效果进行了数值模拟分析，结果表明:随着埋深的增加，地应力提高，浅部能够维持稳定的围岩发生破坏，原喷层支护措施不能够满足要求，提高喷层强度能够减少塑性区范围及应力集中，使应力分布均匀化。　　(2)喷射混凝土主要由粗骨料、细骨料、水泥、外加剂及拌合水组成，对煤矸石喷射混凝土组份及其性能优化进行了研究:　　Ⅰ通对水泥速凝剂进行凝结时间及抗压强度的相容性实验，分析了不同水泥、速凝剂凝结时间差异性，研究了在凝结时间符合要求的条件下不同水泥、不同速凝剂、不同速凝剂掺量对混凝土性能的影响规律。结果表明:高标号C水泥、F速凝剂、适宜外加剂掺量更有利于混凝土性能的稳定与提高。　　Ⅱ通过对自燃煤矸石粗骨料理化性质的分析及煤矸石粗骨料混凝土强度的实验，利用SPSS数据分析软件及SEM设备研究分析了矸石骨料替代天然骨料及碱性拌合水对喷射混凝土强度性能影响，结果表明:骨料类型对混凝土强度影响不显著;碱性拌合水有助于矸石混凝土3d、28d强度的提高;矸石粗骨料粗糙的表面和火山灰活性，有利于混凝土界面过渡区的密实度的提高。　　Ⅲ通过对自燃煤矸石细颗粒对混凝土性能强度影响的抗压强度实验，研究了矸石细颗粒在粗骨料中不同掺量对混凝土试块抗压强度的影响，以及替代细骨料对混凝土试块及胶砂试块的抗压强度的影响。SPSS数据分析结果表明:细颗粒在粗骨料中对混凝土后期强度有不利的影响;细颗粒替代河沙做细骨料有利于混凝土强度的提高。　　(3)对砂浆-骨料-砂浆复合试件进行了推剪实验，研究分析了自燃煤矸石骨料特性对界面粘结强度的影响及复合试件界面破坏机理，从宏观界面力学上对自燃煤矸石混凝土性能优化及微观界面研究结果进行检验验证。结果表明，粗糙的骨料表面有利于砂浆-骨料界面强度的提高。在表面粗糙度一致时，自燃煤矸石骨料与砂浆粘结紧密，界面粘结强度高于天然石灰岩骨料。　　(4)结合鲁中某煤矿依托工程，对巷道分别采用自燃煤矸石集料与天然集料喷射混凝土支护，并对两种支护方式在回弹率、抗压强度、抗折强度进行对比分析。现场应用及测试结果表明，自燃煤矸石组在回弹率、抗压强度方面与天然集料组略有差别（差值分别为0.3％、2.9％），而其在抗折性能方面优势明显是天然集料的1.39倍。因此，利用煤矸石喷射混凝土进行巷道支护在性能上是完全可行而且是非常有效的，而且对加快建设资源节约型、环境友好型社会具有重要的意义。