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针对甜水堡煤矿1302工作面回风巷道在掘进至315 m时，由于受到上覆岩层风氧化带影响，导致顶板较破碎、成型较差以及锚杆锚固力达不到设计要求而引起巷道易发生冒顶事故的难题，现场运用钻孔窥视技术对1302工作面回风巷道顶板围岩裂隙发育情况进行观测分析，并掌握了1302工作面回风巷道围岩裂隙发育时空演化规律。基于巷道顶板岩层叠加支护作用机理，对已采用的支护方式进行优化设计，并采用数值模拟和工业性试验对支护效果进行了验证。研究结果表明：在圆弧拱断面巷道中，采用长短锚索加钢筋梯梁“3-3-3”布置方式可以有效地控制1302工作面回风巷道顶板破碎围岩。该研究成果可为类似巷道的支护设计提供理论及实践依据。