目前在特殊地质条件和邻面开采时,单体液压支柱配以铰接顶梁进行超前支护的局限性会导致综采工作面出现人身伤亡事故较多,减缓综采工作面开采速度。本文设计研究设计了用于工作面回风运输顺槽超前支护的ZZ20000/22/44D大采高垛式液压支架,以实现强矿压显现超前区作业的自动化,减少工人繁重的体力劳动、降低事故发生率、提高工作效率、达到高产高效安全生产的目的。本文结合巴彦高勒煤矿311103工作面回风顺槽顶板赋存条件及岩层力学关系研究,确定了大采高垛式液压支架的支护强度和工作阻力;针对现有支护条件的缺点以及现有支护不能解决的问题,确定了新型垛式支架的总体设计方案,并对新型垛式支架主要技术参数的设计计算;以建立新型垛式支架的三维实体模型为例对垛式支架在顶梁偏载底座两端集中载荷、顶梁偏载底座扭转、顶梁偏载底座偏载、顶梁扭转底座两端集中载荷、顶梁扭转底座扭转、顶梁底座两端集中载荷、顶梁集中载荷底座偏载、顶梁集中载荷底座扭转、顶梁集中载荷底座两端集中载荷等工况下,对垛式支架及主要部件进行有限元分析;对垛式支架电液控制系统进行设计研究,并利用AMESim仿真软件对液压支架主要液压元件进行建模仿真分析,验证了液压元件选型的合理性;并对对ZZ20000/22/44D大采高垛式液压支架的控制系统进行了液压系统建模和液压回路仿真分析,验证了液压系统各控制回路的动态稳定性;对垛式支架在巴彦高勒煤矿311103工作面安装;根据观测311103工作面顶板来压,验证垛式支架设计的合理性,通过现场实际使用情况提出垛式支架设计的缺点及不足,并提出相应的改进意见,为日后更好的完善垛式支架打下基础。垛式支架在大采高综采工作面顺槽支护中的应用,提高了超前支护段支护强度,减少了超前支护段巷道变形量,提高了生产的高效、安全性,能够为其他同类型矿井超前支护提供一种可靠的新方法新思路。