针对马蹄沟煤矿21m特厚夹矸自然发火特别严重的坚硬煤层条件下进行放顶煤一次采全高的要求，本文通过实验室试验、计算机模拟和相似材料模拟试验深入研究了煤层和围岩的物理、力学性质；煤体的爆破性能和参数；工作面周围支承压力及分布规律；采场围岩移动规律；煤层顶板、顶煤破坏和运动规律；顶煤移动和放煤规律；放煤参数和放煤方法。确定了马蹄沟煤矿特殊地质和开采条件下的矿山压力规律和主要矿压参数；通过巷道位移量测、压力量测等现场量测手段，结合理论分析与计算，总结出地压显现规律，为卸压及支护设计提供理论依据。通过围岩自然弱化机理研究，理论上分析了煤体氧化和水分变化引起强度弱化的机理，找出了引起自然弱化的原因，得出卸压方案及支护方案。并首次提出了锚孔卸压理论，为锚杆支护在高地压煤震及岩爆地层中的应用提供了良好的借鉴作用。 通过本文的研究，彻底解决了马蹄沟煤矿21m厚煤层的采煤方法和长期以来矿井生产中存在的持续紧张、分层开采着火严重和煤炭回收率低以及由此引发的矿井产量上不去，效率、效益低等问题。解决了马蹄沟煤矿特厚、坚硬、自然发火严重煤层开采的技术难题，保证了矿井正常生产。为马蹄沟二采区20m左右煤层开采奠定了良好的基础。