随着锚杆支护技术的不断改进和提高，锚杆加固理论的不断发展和完善，以及新型高强度、超高强度锚杆材料的开发与研制，锚杆支护已经在煤矿、隧道等地下工程中得到了广泛应用。但由于锚杆加固围岩的作用机理比较复杂，目前锚杆的作用机理研究还处于探索阶段，锚杆支护设计也主要依靠工程类比法来实现，理论研究严重滞后于实践。本文主要对现有的锚杆的支护机理进行了分析，并对加固拱理论进行了深入研究；在现有研究结论的基础上，提出了单根锚杆圆形加固区的力学模型；通过力学分析，研究了在圆形、拱形和矩形巷道中形成的不同形态的加固拱力学特性；最后，在工程实践的基础上，通过分析巷道现场监测数据提出支护优化方案。通过本文的研究，主要得到如下几方面的结论：1、总结了现有的锚杆支护理论，并介绍了加固拱理论中拱的形成机理。分析了加固拱理论中锚杆对拱内岩石的挤压加固作用：在加固拱中锚杆的作用主要是通过改善围岩受力状况并提高拱内围岩的强度，使得锚固后的围岩力学性能较之前有较大提高。2、对比分析了已有的两种单体锚杆加固区模型，并对本文采用的圆形锚杆加固区力学模型进行了研究。根据弹性力学理论对加固区内的应力分布规律进行了分析，并结合岩石力学理论推导得到了加固区的范围计算公式。通过参数分析得到了加固区范围与加固荷载、围岩岩性的关系，并根据加固区间的几何关系推导了加固拱厚度与锚杆长度与间排距之间的计算公式。3、分析了加固拱的形成机理。对锚杆在巷道中形成加固拱所需的成拱荷载进行了研究，得到了成拱荷载与锚杆长度、围岩参数及地应力的关系公式，并通过参数分析得到了不同条件下成拱荷载与锚杆长度的关系曲线。对圆形和矩形巷道中的加固拱破坏形式、厚度和稳定性进行了分析，得到了两种巷道断面形式中加固拱的合理设计厚度。4、根据本文的提出的拱形巷道加固拱设计理论针对禾草沟煤矿5号煤中央回风大巷现有的锚杆支护方案进行了优化，通过现场实测分析了巷道收敛变形监测数据，监测结果显示出巷道变形能够满足安全生产的要求，说明了优化后支护方案的合理性。