复合顶板在我国煤矿广泛存在。复合顶板主要是由软硬岩叠层组成,在双层岩层复合的顶板中,其下位岩层比上位岩层挠度大,且层间粘结力小易分离,易因离层量过大而导致冒顶事故,严重影响煤矿的生产安全。现有的支护一般采用工程类比法进行设计,未考虑岩层结构对锚固应力扩散的影响,存在过量支护的现象。为了揭示锚杆锚固力在复合顶板中的分布与扩散规律,优化复合顶板锚杆支护参数,本文采用理论分析、数值模拟和现场试验相结合的研究方法,以双层岩层复合顶板为研究对象,系统的研究了锚固参数与顶板岩层参数对锚固应力扩散的影响,为复合顶板条件下锚固参数的确定提供依据。论文的主要工作和成果如下:（1）基于应力扩散效应和Boussinesq解,建立了锚杆托锚力扩散模型和黏锚力扩散模型,组合构成了复合顶板锚杆锚固应力扩散模型和复合顶板倾斜锚杆锚固应力扩散模型,并验证了模型的准确性;研究了锚固参数和复合顶板岩层参数对锚固应力在围岩中扩散规律的影响,结果表明:围岩中的锚固应力沿垂直方向的锚固应力整体呈现“两压一拉”的应力扩散格局,沿水平方向的锚固应力整体呈现“对称减小”的应力扩散格局;预紧力的增大并没有改变锚固应力的扩散形态和规律、以及应力扩散效应的影响作用,相同位置的锚固应力值随着预紧力的增大而成比例的增大;随着锚杆长度的增大,锚固范围整体压应力扩散范围变大,但整体压应力值减小,岩层界面两侧的锚固应力值先增大后减小;随着锚固段长度的增大,压应力区范围缩小,锚固应力值变大;拉应力区范围增大,锚固应力值减小,岩层界面两侧的锚固应力现在增大先减小变为拉应力,在不考虑锚杆的抗剪作用的情况下,从锚固应力扩散的角度来说,复合顶板中端部锚固优于全长锚固和加长锚固;随着弹性模量比的增大,下位岩层中的锚固应力值增大,上位岩层中的锚固应力值减小。（2）基于复合顶板锚杆锚固应力扩散模型,建立了上覆岩层和锚杆锚固力对复合顶板下位岩层和上位岩层的载荷计算模型,结合梁弯曲理论推导出了复合顶板锚杆间排距优化模型;研究了锚固参数和复合顶板岩层参数对锚杆间排距的影响,结果表明:随预紧力的增大,复合顶板锚杆间排距近似呈线性规律增大;随锚杆长度的增大,复合顶板锚杆间排距近似呈抛物线规律先减小后增大;随锚固段长度的增大,复合顶板锚杆间排距近似呈抛物线规律先减小后增大;随巷道宽度的增大,复合顶板锚杆间排距近似呈对数规律减小;随下位岩层与上位岩层弹性模量比的增大,复合顶板锚杆间排距近似呈指数规律增大;随下位岩层与上位岩层厚度比的增大,复合顶板锚杆间排距近似呈指数规律增大。锚固参数与顶板岩层参数对锚杆间排距的影响程度排序:预紧力>厚度比>弹性模量比>锚固段长度>锚杆长度>巷道宽度,优化支护设计时首要考虑改变预紧力的大小,根据顶板岩层的条件合理设定锚杆长度和锚固段长度。（3）以大阳煤矿为工程背景,分析了原方案的存在问题,根据工程经验和复合顶板锚杆间排距优化模型,对试验巷道的支护设计方案进行优化,并使用Flac3D模拟研究了掘进和回采期间优化方案的控制效果。确定了试验巷道支护设计的具体优化方案,对试验巷道进行了实时监测,整理分析了巷道围岩变形量和锚杆（索）轴力在掘进影响期间的变化,并对原方案和优化方案的经济效益进行了计算和分析。结果表明:试验巷道的锚杆间排距需满足条件:d≤1243 mm;支护设计优化方案可以很好的控制巷道在掘进和回采期间的围岩稳定性;在掘进影响期,优化方案的支护设计下的巷道围岩变形量和锚杆（索）轴力都处于合理范围内,围岩稳定性良好;相比原方案,优化方案的支护材料消耗量减少,掘进速度明显提升。