由于煤炭开采深度的增加，煤巷复合顶板的离层破碎问题越来越突出，顶板维护越来越困难，甚至出现顶板岩层极度破碎、支架折损严重以及巷道断面收缩严重等现象导致工作面无法正常回采。如何消除冒顶、片帮，有效维护复合顶板和两帮稳定，控制围岩变形，提高围岩整体稳定性，已成为确保煤矿安全、高效地生产的关键，是影响我国煤炭开采向纵深发展和安全生产的关键问题之一。本文通过对前人研究成果进行总结，建立复合顶板模型对其进行破坏机理的分析，根据所分析的结论进行巷道支护体系的优化设计，并应用数值模拟手段进行评价。本文主要研究内容及结论如下：(1)将前人对层状岩体以及煤巷复合顶板的研究结果进行总结分析，得出煤巷复合顶板各岩层之间受力的一般情况，以及其变形的一般情况。据此确定本文的研究方向。(2)对煤巷复合顶板的变形破坏机理进行理论方面的分析。将复合顶板岩层简化为岩梁模型，以单层岩梁为研究对象，应用弹性力学、材料力学等力学理论分析其受荷后内部应力的变化情况。经过理论计算，得出单层岩梁正应力的表达式，利用极限平衡原则求出岩梁在达到极限应力情况下岩体的破坏位置，从而推出复合顶板破坏发展的极限高度与顶板破坏判断准则。通过理论分析研究，总结出影响复合顶板变形破坏的一般性因素。(3)根据对煤巷复合顶板变形破坏机理的分析计算，对煤巷复合顶板的支护进行研究，提出“基于组合梁与冒落破坏面的‘多角度锚杆组合梁悬吊’支护”设计理念。此理念认为根据煤巷复合顶板岩层的地质情况与锚杆长度的局限性，采用组合梁理论进行锚杆支护，再利用锚索将组合梁悬吊于稳定岩层较为合适，并且根据对复合顶板破坏面的计算认为改变顶板锚杆的锚固方向，使其尽量与破坏面进行垂直可提高组合梁的强度。再者，由于巷道开掘后复合顶板的初期变形会对顶板岩体的强度造成较大影响，故应在巷道开掘过程中对围岩及时进行支护，并对锚杆(索)施加适当的预应力，进一步减少开巷初期的围岩变形量。(4)在巷道支护设计方法上，本文认为巷道支护动态信息设计法更适用于层状岩体巷道这种拥有复杂围岩地质情况的巷道支护。该设计法可保证设计所用地质资料的可靠性，实时性与适用性。(5)以澄合矿区王村斜井煤矿5106工作面回风顺槽为例，对其顶板应力情况进行计算，根据计算所得结果应用所提出的支护设计理念进行支护优化，在巷道试验段应用优化后的支护体系进行支护并跟进监测巷道围岩的变形情况，再应用数值模拟软件验证支护优化前后的巷道稳定情况。