本文以淮南矿业集团顾桥煤矿东区二水平井底车场-1010 m回风大巷为工程实例,通过理论分析、试验研究、数值模拟及工程实践相结合的方法,针对现有深部破碎软弱巷道开挖后支护困难的问题,提出了一种联合支护技术,并对其进行优化设计,同时对其施工关键技术难题开展了系统研究,主要研究内容及结果如下:(1)分析了联合支护技术中超前预注浆堵水加固技术在深部破碎软弱岩层开挖巷道时使用的机理,确定了超前预注浆堵水加固技术方案和相关技术参数,并将其应用于工程实践中。实践证明:超前预注浆堵水加固技术在深部破碎软弱岩层中具备堵水和加固两种性能,其能有效解决巷道开挖时出现的冒水现象,同时也能使破碎软弱岩层胶结在一起,起到加固巷道围岩的作用。(2)在该联合支护技术中,设计了一种装配式双层钢板高强混凝土复合支架作为主要支护结构,并对其进行了理论分析及参数设计,确定了其主要组成部分:双层钢板高强混凝土复合构件、接头压缩板垫层和壁后充填层。(3)通过模型试验、数值模拟相结合的方法,对该支护结构的力学特性进行了系统研究,研究结果表明:(1)装配式双层钢板高强混凝土复合支架结构具有承载力高和柔性好的双重优点,在实际工程中可以起到“边支边让”的效果,适用于深部破碎软弱岩层开挖巷道的支护,满足联合支护技术的要求;(2)装配式双层钢板高强混凝土复合支架的复合作用好,在荷载作用下,中间混凝土层处于受压状态,同时内、外钢板环向应力相差不大,在钢板的约束下混凝土的抗压性能得以充分发挥;(3)装配式双层钢板高强混凝土复合支架的承载力与混凝土强度等级、钢板厚度、构件厚径比和荷载不均匀系数等因素有关,据数值模拟分析可知,提高装配式双层钢板高强混凝土复合支架承载力最有效方法是提高混凝土强度等级和增加钢板厚度。(4)在淮南矿业集团顾桥煤矿东区二水平井底车场-1010 m回风大巷针对破碎软弱岩层进行了该联合支护技术的现场应用。现场应用效果表明:通过使用该联合支护技术方案成功的通过了该区段深部碎软弱岩层,同时有效控制了破碎软弱岩层的变形。