为了解决铁矿巷道开采过程中采用尾矿砂钢纤维喷射混凝土作为巷道衬砌的应用问题,以尾矿砂取代天然河砂作为细骨料配制钢纤维喷射混凝土,并对不同钢纤维掺量的喷射混凝土进行了一系列力学性能试验,主要研究粉煤灰、硅粉、钢纤维掺量对复合材料的基本力学性能的影响和尾矿砂钢纤维喷射混凝土衬砌的最佳厚度。本文通过抗压、劈裂抗拉、轴心抗压强度、韧性试验、抗渗试验对尾矿砂钢纤维喷射混凝土复合材料进行试验研究,将研究获取的力学参数(密度、弹性模量、渗透系数等)应用于数值模拟中,通过数值模拟的方法获取最佳喷射厚度,并进行最佳厚度下的考虑流固耦合的巷道稳定性分析。主要完成的研究如下:(1)尾矿砂钢纤维喷射混凝土配合比设计。利用现有大量试验研究,结合实际工程混凝土强度以及工作性能要求,在规范指导下试配尾矿砂钢纤维混凝土配合比。(2)基本力学性能试验和弯曲韧性试验(在最优配比下完成渗透系数的测定),分析粉煤灰、硅粉、钢纤维掺量等因素对混凝土的力学性能的影响,提出适合于巷道衬砌的尾矿砂钢纤维喷混凝土力学特性控制指标。作为巷道支护结构的最重要体系,混凝土支护需要足够的韧性以及抗裂强度,在弯曲韧性试验中,分析粉煤灰、钢纤维掺量等因素对混凝土的弯曲韧性性能的影响,同时在各项强度最优的混凝土配比下,制作抗渗试验试件,获取尾矿砂钢纤维喷射混凝土的渗透系数。(3)采用ANSYS对铁矿软弱岩层进行数值模拟分析,利用APDL语言设计程序,探讨了最佳衬砌厚度,通过分析获得了尾矿砂钢纤维喷射混凝土的合理喷层厚度为12cm。(4)为更加真实的反应巷道开挖过程中出现的渗流问题,基于Biot扩展理论,建立流固耦合的渗流模型,研究巷道长期固结规律,孔隙水压力的分布和消散规律,以及位移场变化规律。