通过对巷道顶板岩梁的变形及破坏特征分析，确定了顶板失稳的宏观过程及力学现象；针对煤系巷道顶板沉积岩层的分层特征，建立了煤系巷道顶板叠加梁力学模型，基于其协调变形及共同承载特性，求解出叠加梁中各分层岩梁等效承载应力、层间作用力以及锚杆（索）支护强化参数，揭示了锚杆（索）对叠加梁结构的支护作用机理，即优化不同抗弯刚度的各层顶板的承载应力分配，充分发挥各岩层力学承载性能，控制顶板的整体下沉，同时提高叠加梁的内聚力及变形模量，间接强化整体锚固结构的力学承载强度。针对顶板叠加梁支护结构在巷道不同服务阶段失稳条件，提出了煤系巷道顶板支护的有效锚固状态以及有效锚固层厚度，用于评价巷道支护中锚杆（索）对顶板实际的锚固能力，从而形成了煤系巷道顶板叠加梁支护理论。基于该支护理论，以皖北煤电集团任楼煤矿Ⅱ7324S工作面风巷为工程背景，对其在近距离煤层、采空区下伏成巷条件下进行了顶板支护设计，根据层间距在大于6 m，4 m-6 m以及2 m-4 m的三种不同范围，将该巷道进行分区，通过对顶板叠加梁结构进行分析与有效锚固层厚度计算，分别确定了在不同巷道区域内使用锚杆与注浆锚索为主的支护方案对巷道顶板进行加固，并结合现场工业性试验验证了该支护方案的合理性与有效性。