滕县煤田锦丘煤矿16煤顶板灰岩存在弱面夹层，其厚度、破坏形态及下位坚硬岩层物理力学性质对巷道顶板整体的破裂形态产生影响，且地应力场不明，周边部分矿井存在支护设计中未考虑该因素引发的冒顶现象。本研究针对锦丘煤矿16煤162-206下轨道巷顶板破碎、两帮煤体大变形问题，通过地应力测量、顶底板力学测试、顶板钻孔窥视等综合研究方法，探究了滕县煤田16煤的地应力特征、灰层顶板力学特征及弱面位置，改进支护方案。通过数值模拟分析3种改进支护方案控制围岩的变形特征，优选最佳支护方案。通过工程监测评价最优支护方案的有效性。结果表明：16煤顶板灰岩夹层位于1～2 m深度内，特别是1.1～1.3 m和1.8～2.0 m范围；16煤最大主应力位于近水平方向，顶板受影响较两帮大，易发生较严重的剪切破坏，且顶板位移较两帮大。最大主应力以南东向为主，数值为16～20 MPa;综合控制效果、劳动强度和支护成本，选择方案2作为下轨道巷最优支护方案；工程中安装测点16～20天后，巷道围岩变形逐渐趋于稳定，顶底板和两帮的最大变形量为38和67 mm,验证了改进支护方案的有效性。