近年来,山西省全面整顿和规范矿产资源开发秩序,对原众多小煤矿进行重组整合,改变了长期形成的落后、粗放的生产方式,建成一批机械化程度高、生产规模大的现代化矿井,但必须指出的是整合后的众多矿井面临着原小煤矿采用低回收率的旧式采煤法开采后形成的旧采残煤区1,旧采区资源回收率不足30%,遗留下大量煤炭资源,其中不乏无烟煤、焦煤等稀缺优质煤种。回收这部分煤炭资源,既可以促进资源的充分开发,实现资源高效开发利用要求,也是煤矿企业保持自身长期发展的要求。本文以晋煤集团圣华煤业3号煤层旧采区残煤开采工作为工程背景,在对圣华煤业旧采区开采技术资料和3101残采面前期揭露情况充分研究基础上,总结了残煤赋存结构,应用理论分析、数值模拟、相似模拟等手段对旧采区空巷(群)稳定性及回采过程中采场围岩应力、变形规律及围岩控制技术进行研究,主要工作如下:1、对圣华煤业3号煤层旧采区内残煤赋存结构进行分析,划分为五种类型,判断旧采区赋存情况多以空巷、煤柱为主。2、应用梁的理论对旧采区空巷(群)顶板破断情况进行分析,研究表明:当残采面前方为单一空巷时,空巷最大跨度为10.8m;当残采工作面前方为空巷群时,空巷最大跨度为8.8m。运用扩展SMP准则求解出巷间煤柱保持稳定的最小宽度为5.5m,而圣华煤业旧采区空巷跨度在2m～8m,遗留煤柱宽度在8m～20m,表明开采前旧采区空巷及煤柱基本保持稳定状态。3、应用数值模拟手段对旧采区空巷(群)围岩应力进行分析,单一空巷跨度分别为6.6m、8.7m时,两侧煤体应力集中系数分别为1.95、2.39,两条空巷跨度为6.6m、8.7m时,应力集中系数为2.24、2.68,空巷围岩应力集中系数K随着空巷数目的增多、空巷跨度的增大而变大。4、应用数值模拟手段研究残采工作面回采过程中空巷群围岩应力、变形规律,回采过程中,前方稳定性空巷群未发生大范围失稳破坏,随着工作面逐渐靠近空巷,其上方顶板裂隙发育,并出现冒顶现象;煤柱及其上方顶煤形成较大集中应力,且空巷跨度与巷间煤柱宽度的比值越大,应力集中系数K越大;空巷上方顶煤应力远小于煤柱上方顶煤应力。5、应用相似模拟研究旧采区空巷未处理时残采工作面采场规律:①岩层下沉位移量随着岩层层位的升高而减小,空巷顶板位移量随着其跨度的增大而变大,且最大位移量发生在顶板中部。②残采面推进至空巷时,空巷跨度越大,其顶板越容易发生冒落。③残采面采空区基本顶初次垮落跨度为77cm(实际23.1m),垮落最大高度为48cm(实际14.2m),此时支架工作阻力峰值分别为14000kN,矿压显现强烈。④小跨度空巷附近支架阻力最大为10000kN,大跨度空巷附近支架阻力最大为12500kN,表明过空巷时支架工作阻力出现较大峰值,且空巷跨度越大,支架工作阻力越大。6、应用相似模拟研究旧采区空巷预充填时残采工作面采场规律:①残采面与空巷贯通时,充填有效控制了顶板位移变化,未发生大的变形和破坏。②残采面采空区基本顶初次垮落跨度为70cm(实际21m),垮落最大高度35cm(实际10.5m),此时支架阻力峰值为8700kN。③小跨度空巷附近支架阻力最大为6800kN,大跨度空巷附近支架阻力最大为8000kN。与未处理时相比,空巷预充填后能有效降低支架工作阻力,且对前方空巷围岩控制起到积极效果,同时缓和矿压显现。