刀柱残采区上行长壁开采刀柱煤柱的应力分布情况直接决定了能否实现刀柱残采区的安全上行开采。为了掌握刀柱残采区上行长壁开采刀柱煤柱的应力分布时空演化规律,以大同矿区刀柱残采区上行开采为工程背景,综合采用相似模拟、数值模拟、理论分析等手段,研究了刀柱残采区上行长壁开采条件下应力分布的时空演化规律。论文研究成果主要体现在:(1)运用相似模拟试验研究了刀柱残采区形成和上行长壁开采过程中刀柱煤柱支承压力的动态演化规律,据此定义了超前采动煤柱的概念,超前采动煤柱是指:下伏刀柱残采区中受上行工作面超前支承压力的影响,应力峰值相较上行开采前出现明显升高的遗留刀柱煤柱。揭示了主关键层运动对采场应力分布的决定性作用:上行开采过程中,上行工作面超前支承压力峰值、影响范围和下煤层超前采动煤柱的支承压力峰值在主关键层初次破断时均达到最大;主关键层初次破断后均明显减小。(2)运用UDEC数值模拟试验研究了刀柱残采区上行开采主关键层初次破断时,刀柱采宽、留宽、采高、下煤层埋深、层间岩层厚度、主关键层距上煤层高度、主关键层初次破断步距七个因素对采场应力分布和塑性区分布的影响规律:超前采动煤柱支承压力峰值、塑性区范围和层间岩层的塑性区范围随刀柱采空区采宽的减小而减小;随留设刀柱煤柱宽度的增大而减小;随埋深的减小而减小;随层间岩层厚度的减小而增大;随主关键层距上煤层距离的增大而减小;随主关键层初次破断步距的减小而同步减小;刀柱采空区采高变化虽对超前采动煤柱支承压力峰值影响不大,但影响着超前采动煤柱的塑性区分布。(3)根据相似模拟和数值模拟试验结果,建立了刀柱残采区上行开采超前采动煤柱—覆岩空间结构力学模型,给出了超前采动煤柱承受载荷的计算公式,确定了刀柱残采区可安全上行开采的判定公式。(4)晋华宫矿402盘区9号煤层上行开采,预计主关键层初次破断时超前采动煤柱承受的平均支承压力为40.5~47.2MPa,上行开采过程中底板下沉位移变化趋势符合本文研究得到的刀柱煤柱支承压力的动态演化规律。