由于技术经济原因,在很长的一段时间内,我国一直采用比较落后的采煤方法及工艺,如刀柱式、巷柱式(高落式)、残柱式,回采率低,在旧采空区内遗留了大量煤炭资源。随着采矿理论和采矿工艺的发展,这些未被有效利用的旧采残留煤炭资源即“残煤”的再次开发利用成为可能。由太原理工大学承担的国家“十二五”科技支撑计划《大型煤炭基地难采资源高回收率开采关键技术集成示范》课题(2012BAB13B04)提出了长壁开采残煤的技术方案。本文以山西晋煤集团天安圣华煤业3号煤旧采残留煤炭资源再次回采为研究背景,采用理论分析、理论计算、数值模拟和相似材料模拟相结合的方法,对长壁工作面开采残煤过冒顶区的顶板稳定性判定、冒顶区应力特征和围岩破断运移规律、煤柱稳定性、采场力学模型、工作面过冒顶区的围岩控制技术和安全措施等问题进行研究。主要内容如下:1、采用现场调研和理论分析结合的方法,对残煤复采资源和可能赋存冒顶区的残煤区空巷顶板岩体结构进行综述、对小窑空巷顶板稳定性进行判定、对冒顶区边缘煤柱稳定性进行分析,最终归纳出冒顶区类型,计算出不同状况下空巷的极限跨距,得到两种状况下煤柱的临界宽度。2、采用相似材料模拟手段,对采用综放工艺的残煤复采工作面过冒顶区采场进行了模拟,以实际地质开采条件为基础,1:30大比例模拟复采煤层及其上覆岩层,分别进行岩层位移测定、支架工作阻力测定、岩层应力测定,探讨了冒顶区围岩破坏规律以及工作面通过冒顶区时支架与围岩相互作用关系。3、采用FLAC 3D数值模拟软件对残煤复采工作面过冒顶区时采场进行模拟研究,得到采场应力分布规律和围岩塑性破坏规律。4、采用理论分析方法,建立复采工作面过冒顶区时采场围岩破坏特征和力学模型,提出基本顶逾越空区断裂理论,得出残煤复采工作面过冒顶区时支架工作阻力计算公式,提出残煤复采工作面过冒顶区控制机理和控制技术。