本文以山西运销集团四通矿南二采区4202工作面为实际工程背景,在详细分析国内外学者研究成果基础上,采用理论分析、数值模拟、正交试验、相似材料模拟实验等研究方法,探讨了针对该深埋藏薄煤层工作面实施切顶卸压沿空留巷的可行性,并设计了切顶卸压沿空留巷的巷道支护方案,优化了巷道支护参数。(1)建立了切顶卸压沿空留巷和传统沿空留巷的力学模型,利用弹性力学基本原理,进一步论证了四通矿南二采区4202薄煤层工作面使用切顶卸压沿空留巷技术的可行性,与传统沿空留巷相比,得出了切顶卸压沿空留巷所需要的巷道支架支护阻力更小的结论。(2)在理论分析基础上,依据四通矿南二采区4202工作面运输平巷工程实际,提出了三种可行的切顶卸压沿空留巷支护方案。通过数值模拟分析,确定了最佳支护方案为巷帮采用锚杆支护,顶板靠近采空区侧采用一排恒阻锚索,其他位置采用普通锚索和锚杆联合支护方式,采空区侧用单体液压支柱配合锚网支护。(3)利用相似材料模拟实验对已确定的最优方案做进一步检验,模拟结果显示,在巷道受到二次采动应力影响条件下,该支护方案可以将巷道最大位移量控制在200 mm范围内,巷道围岩控制效果明显,满足工作面安全开采需求。(4)选择单体液压支柱间距、锚索排距、恒阻锚索与采空区边缘距离为影响因子,以巷道围岩变形量最小为目标参数进行正交试验,对正交试验结果利用极差法进行分析,确定了单体液压支柱间距500 mm、锚索排距1500 mm、恒阻锚索与采空区距离400 mm为最优方案,优化了切顶卸压沿空留巷技术的巷道支护参数。(5)利用优化的设计方案和支护参数,进行了现场工业性试验,试验结果表明,切顶卸压沿空留巷技术在深埋藏薄煤层应用效果良好,巷道围岩变形量控制在安全范围内,达到了切顶卸压沿空留巷设计的预期效果。