随着现代化矿井高产高效综合机械化开采技术的发展,煤矿的开采强度与规模大幅度增加,为满足矿井通风、运输及大型设备的安装等要求,巷道断面越来越大。巷道断面的增大,给巷道维护带来了巨大的困难,严重影响了煤矿安全高效生产。大断面巷道的支护技术已成为一个亟待解决的问题。本论文以国家科技支撑计划项目《厚煤层大断面快速掘进关键技术》(项目编号:2006BAB16B02)为依托,以晋城煤业集团赵庄煤矿松软煤层大断面巷道支护问题为背景,综合运用数值模拟、现场实验和理论分析等研究手段,就大断面巷道围岩破坏机理及支护技术进行研究,并针对赵庄煤矿的具体条件提出了大断面煤巷的支护设计。论文取得的主要研究成果如下:(1)分析了巷道变形破坏的机理和影响巷道稳定性的主要因素,建立了巷道顶板无限长薄板理论模型。基于该模型分析得出:巷道宽度增大,引起巷道顶板弯曲变形,由于受弯曲变形产生张应力,顶板受到拉应力作用容易引起破坏。(2)采用数值模拟技术,分析了断面尺寸变化对巷道围岩变形、破坏及应力分布状态的影响。研究表明:巷道断面增大,围岩中的应力集中程度增加,塑性区分布范围增大,相应的巷道变形就越严重,巷道的支护难度加大。(3)分析论证了锚杆支护对大断面巷道的适应性和作用原理,提出了大断面巷道高预紧力、强力锚杆、锚索支护的设计对策:对于大跨度巷道,锚索支护具有减跨作用,提出顶板采用高预紧力强力锚索支护,以减少巷道的跨度,控制顶板的下沉;对于高煤帮巷道,巷帮围岩塑性区的分布范围急剧增大,围岩变形加剧,两帮须采用高预紧力锚索支护,且锚索的长度要大于围岩塑性区的范围,把浅部松动破碎围岩锚固在深部稳定的岩层,控制巷帮的变形和沿顶、底板滑移。(4)针对赵庄煤矿大断面巷道的围岩条件和巷道变形破坏特征,运用高预应力、强力一次锚杆支护理论,提出了巷道支护设计并在现场应用。井下矿压观测表明,该支护有效地阻止了巷道围岩的变形,取得了理想的支护效果。