工作面双巷布置具有掘进速度快、缓解开采接续紧张等优点,被西部矿区广泛应用,双巷掘进后,两顺槽之间的煤柱即为区段煤柱。区段煤柱作为矿井的一种主要护巷方法,其留设尺寸不合理,不仅造成煤炭资源的浪费,还有可能诱发顶板事故、冲击地压等动力灾害。在多煤层开采过程中,受上煤层采空区或遗留煤柱的影响,导致下煤层应力环境发生显著变化,区段煤柱尺寸的确定更加困难。基于此,本文采用室内试验、数值模拟及现场监测相结合的方法,通过测试煤岩体力学参数、考察煤岩体长期强度,分析煤层开采底板应力分布规律,确定上煤层遗留煤柱或采空区下方区段煤柱合理尺寸,论文主要工作及研究成果如下:(1)基于岩石蠕变与应力-应变全过程曲线的关系,提出一种通过拟合极限应变轨迹与应力应变曲线交点,确定岩石长期强度的方法,采用RLJW-2000型岩石伺服压力试验机,进行了煤岩体常规单(三)轴加载试验、分级加载蠕变试验,确定了高家梁煤矿3#煤层顶板岩层力学参数及煤体长期强度。(2)利用相似材料模拟试验及FLAC3D数值模拟软件,研究了煤柱底板岩层中不同应力随深度的变化规律,对采空区重叠、煤柱重叠等条件下的底板应力分布规律进行探讨,获得了煤层间距对下煤层底板应力传递的影响。(3)以区段煤柱覆岩结构为基础,建立UDEC数值计算模型,分析了区段煤柱上覆结构稳定条件及其内部应力分布规律,考虑上煤层不同开采条件对下煤层应力环境的影响,提出多煤层开采影响系数,对煤柱应力极限平衡区宽度理论计算公式进行了修正。(4)以高家梁煤矿3煤层开采为工程背景,根据区段煤柱保持稳定的基本条件,通过区段煤柱垂直应力现场监测、两侧塑性区宽度计算及不同宽度模拟结果对比分析,对区段煤柱位于上煤层遗留煤柱下方、采空区下方开采条件下的合理尺寸进行了优化设计并进行工程实践,优化后区段煤柱所维护巷道在上工作面推过后,完整性较好,整体变形量不大。