巷道直接顶板是层状矿床矿山开采过程中一种常见的顶板结构。在直接顶板厚度变化的条件下,会呈现出挠曲破坏、整体冒落和拱形冒落多种不同的破坏特征。工程上,通过锚入大量锚杆形成承载结构来维持顶板稳定,但由于不同破坏特征下顶板的受力分布和破坏路径差异较大,使得锚杆支护效果大幅下降,对地下生产的安全稳定造成影响。为保障顶板的安全稳定,从顶板变形特征、锚杆的受力分布以及锚杆类型的选取三个方面展开研究,构建系统的巷道直接顶板锚杆支护方案、支护参数和锚杆类型的确定和计算方法,以提升锚杆支护效果。为揭示巷道直接顶板破坏特征变化规律,设计针对性的支护方案。通过力学分析,构建了直接顶板岩梁-块体力学模型,揭示了顶板破坏特征与顶板厚度的关系:随着顶板厚度的增加,顶板由挠曲破坏逐渐变为整体冒落和拱形冒落。在一定范围内,冒落高度随顶板厚度的增加而增加。通过推导顶板厚度与顶板破坏特征的关系函数,建立了顶板不同破坏特征的判据。在此基础上,确定了不同破坏特征下的锚杆支护方案与锚杆间排距参数的方法,提高了不同破坏特征巷道直接顶板锚杆支护方案设计的针对性。为得到厚度变化下的巷道直接顶板锚杆支护长度。考虑岩层变形差异和直接顶板厚度对锚杆受力分布的影响,构建了穿过两层岩层的锚杆受力分布模型,通过力学分析,巷道直接顶板支护锚杆在岩层之间的接触面处存在剪切位移和剪应力的突变,从而造成直接顶板易沿接触面区域产生拉伸破坏;此外,直接顶板的变形参数和厚度变化是锚杆受力分布的重要原因。在此基础上,通过对不同厚度顶板的锚固界面剪应力值的提取和分析,建立了直接顶板锚杆临界锚固长度计算公式,提高了巷道直接顶板锚杆支护长度计算的合理性。针对金属锚杆腐蚀失效,使巷道直接顶板支护效果降低的问题,通过试验和数值模拟检验玻璃钢锚杆在巷道直接顶板的适用性。系统开展了管缝锚杆与玻璃钢锚杆现场支护试验。实验结果表明:顶板厚度变化对锚杆支护效果具有显著影响,但玻璃钢锚杆支护效果对顶板厚度变化的敏感程度更低。通过数值模拟分析,在顶板厚度变化条件下,玻璃钢锚杆支护能够提供更大的轴向拉力对顶板进行挤压,维持巷道稳定。因此,玻璃钢锚杆可替代金属锚杆在巷道直接顶板进行支护。