随着我国煤炭工业的发展,综掘巷道的支护设备需求增加,但当前的支护方式存在着安全性差,支护效果不好等问题都严重制约了巷道掘进效率;研究适应巷道工作环境,提高综掘产能,并能够实现掘、支、锚并行作业的支护设备,是矿山机械设备迫切解决的技术难题。根据采矿综掘工作面中煤岩顶板的力学特性,提出设计研究适用于拱形巷道的超前支护装备。通过对拱形巷道超前支护装备工作原理的研究,阐述了拱形巷道超前支护装备的机械系统,液压系统和电控系统的工作方式。利用实验模型的模拟,对其工作原理进行验证,为拱形巷道超前支护-顶板体系的研究提供基础。基于岩石力学理论,提出将综掘工作面的煤岩互层顶板简化为薄板理论;运用弹性板理论与层合板理论,建立综掘互层顶板的静力学模型和动力学模型;从综掘互层顶板稳定性的角度分析,研究影响拱形巷道超前支护装备对互动顶板工作阻力和初撑力的因素,为构建互层顶板试验台提供理论依据。依据拱形巷道超前支护-顶板体系接触形式分为多点分布接触和全接触,采用奇异函数法与变形协调原理,建立拱形巷道超前支护-顶板体系的静力学模型和拱形巷道超前支护-顶板体系的动力学模型,分析两者的响应规律,研究对互层顶板有效支护的系统特性。通过拱形巷道超前支护-顶板体系的静、动力学模型的建立,对拱形巷道超前支护装备在水平工况和过渡过程进行仿真分析,得出动态位移特征的规律;对拱形巷道超前支护-顶板体系,在迈步过程,接触刚度,掘进机扰动作用下的动力响应进行仿真分析,结果表明,使用指数型变化方式进行支护迈步过程接触刚度的控制时,有效引起顶板和各个支撑组的振动;增加拱形巷道超前支护-顶板体系接触刚度可减小扰动对超前支护装备的影响;增加超前支护装备自身刚度可实现减小掘进机扰动对超前支护装备的影响。利用拱形液压迈步式超前支护装备模型和模拟互层顶板特征的试验台进行了实验验证。实验数据和理论研究对比分析,进一步完善理论研究。