本文以红庆梁煤矿11301工作面回风顺槽为工程背景,采用室内试验、理论分析、数值模拟和现场监测相结合的方法,分析托顶煤巷道顶板变形破坏规律,揭示了针对弱胶结软岩托顶煤巷道顶板锚杆锚索作用机理,为托顶煤巷道支护优化设计提供理论依据。主要的研究内容及结论有:(1)通过室内试验,测得了 11301工作面顺槽顶煤及不同深度上覆泥岩力学参数,分析可知顶板近煤层泥岩与远煤层泥岩力学性质不同,结合岩石浸水试验分析得知该工作面托顶煤巷道顶板泥岩具有典型软岩特性,现场顶板钻孔电视探测发现,11301工作面托顶煤巷道顶板泥岩中下部层位出现离层,泥岩明显分层。(2)通过构建托顶煤巷道结构力学模型,给出了帮煤在水平应力作用下对顶煤产生弯矩的表达式,该弯矩削弱了垂直应力对顶煤的作用,表明弱胶结软岩托顶煤巷道顶煤对顶板稳定性具有促进作用。(3)根据顶板煤岩层受力状态分析,通过理论分析提出用煤梁与岩梁弹性模量比值作为顶煤与近煤层泥岩是否发生离层的依据,求得了考虑帮煤对顶煤弯矩作用下的顶煤与近煤层泥岩所受最大拉应力表达式,并以此作为顶板失稳破坏判据。(4)数值模拟研究表明,可通过调节顶板煤层厚度促进巷道顶板安全稳定,11301回风顺槽适宜顶煤厚度为1.5-1.75m。顶煤赋存稳定,且顶煤对巷道顶板稳定具有促进作用,提出适合于弱胶结软岩托顶煤巷道顶板锚固支护设计的“浅层加固梁”支护模型。(5)基于“浅层加固梁”支护模型研究分析,弱胶结软岩托顶煤巷道顶板锚杆主要作用为锚固顶煤与近煤层泥岩,使之成为加固梁,等效增加锚固体弹性模量,提高锚固体强度,为锚索支护提供稳定基础。依据该模型分析,对11301工作面顺槽支护方案进行优化,现场应用取得良好效果。