由于近年来煤炭的开采量在不断增大，深埋和地质条件复杂的煤层将成为未来煤炭资源开采的发展方向。在这一发展趋势中，复合型顶板煤层巷道的支护将会成为重点研究的问题之一。在我国的煤矿中复合顶板煤层广泛分布，能否合理的解决复合顶板巷道的支护问题，将关系到煤矿开采向纵深发展的安全性。本文以神华乌海能源有限责任公司老石旦煤矿16404工作面运输巷道的支护方式为研究背景，采用理论分析与数值模拟相互结合的研究方法，对其复合顶板巷道的支护方式进行了研究。论文总结国内外关于复合顶板的研究现状，对复合顶板煤巷的变形破坏特征进行了系统分析，并结合一些专家学者对复合顶板煤岩层的认识，分析得出复合顶板的概念；深入分析了复合顶板巷道的变形破坏特征、巷道顶板的受力特征及巷道顶板离层的形成条件，通过对老石旦煤矿16404回采工作面运输巷的现场调研，归纳得出影响巷道变形破坏的因素主要包括特殊工程地质条件、围岩的物理力学性质、锚杆支护方法、锚固材料、预紧力、施工质量及岩体力学和水文地质条件等。老石旦煤矿16404回采工作面直墙拱形巷道复合顶板厚度已大于2.5m，锚杆无法锚固到顶板坚硬稳定的岩层中，通过对复合顶板煤巷锚杆及支护构件的作用机理和锚杆支护设计方法的深入分析，参照16404工作面运输巷道现有的支护经验及方式，16404回采面运输巷道锚杆支护应以组合拱和悬吊理论为理论基础进行支护设计。通过选用悬吊和组合拱相结合的锚杆支护理论优化计算得出一组锚杆（索）支护参数，以理论计算优化所得支护参数为依据，结合大型有限差分软件FLAC3D软件对巷道断面形式、锚杆间排距及锚杆索预紧力匹配进行了数值模拟稳定性优化分析，研究得出：①直墙拱形巷道支护更为合适；②锚杆间排距为0.8m时巷道支护效果更为理想；③锚杆、索预紧力为75kN、120kN时支护效果更合理。同时此研究认为锚杆索联合支护设计具有较大的工程应用价值，为解决老石旦煤矿乃至整个乌海矿区软弱煤层复合顶条件下的巷道支护提供理论依据。