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运用相似模拟理论，结合大厚度中厚层状复合顶板条件，制作的巷道三维相似模拟实验模型，包括巷道无支护及顶板锚杆支护两种条件。经两种条件下巷道围岩位移和顶底板移近量的对比，分析了锚杆在支护中的作用机理。随着模型顶部加载压力的增加，在围岩变形方面，无支护巷道围岩移动量明显大于锚杆支护巷道，且顶板上方呈现拱形裂隙。在顶底板移近量方面，无支护巷道顶底板移近量基本保持线性增长，而锚杆支护巷道由于锚杆的作用，其顶底板移近量大致可分为三个阶段，缓慢变形阶段、快速增长阶段和粘弹性化阶段。这说明锚杆支护使巷道顶板整体稳定性提高，显著降低了巷道附近围岩的移动量和顶底板移近量。该研究对于目前广泛应用锚杆支护的矿山岩土工程具有一定的理论意义和实际意义。