露天开采强化内排具有减少外排占地面积，降低剥离运距，提高设备作业效率等突出优势，也是治理煤自燃、扬尘与控制边坡稳定的最佳措施。留设支挡煤柱是提高软弱基底内排土场稳定性的重要手段之一，但必然造成一定的资源损失。传统的煤柱支挡效应研究仅考虑支挡煤柱与基底间抗剪力，应用二维刚体极限平衡法对支挡煤柱形态进行优化，忽略了支挡煤柱在端帮两侧的抗剪力，易造成支挡煤柱形态参数过大，资源损失严重。因此，迫切需要研究支挡煤柱力学效应，提出煤柱三维支挡效应下的内排土场稳定性分析方法，解决内排土场支挡煤柱形态参数设计难题，对实现露天矿安全、经济开采具有十分重要的意义。
　　论文在分析支挡煤柱失稳机理与载荷分布特征的基础上，推导了水平基底、顺倾基底内排土场支挡煤柱力学效应的数学表达式，实现了煤柱三维支挡效应的定量表征；基于极限平衡理论，提出了煤柱三维支挡效应的二维等效方法，建立了煤柱支挡效应下的内排土场稳定性二维计算方法，将空间力学问题转化为平面应变问题求解；以胜利东二露天煤矿为工程实例，揭示了煤柱形态参数等因素与支挡效应及内排土场稳定性的定量关系，形成了规律性认识，优化设计了该矿内排土场支挡煤柱形态参数，并采用数值模拟方法进行了验证。
　　研究结果表明：煤柱三维支挡效应实质是一剪切反力，表现为侧界面与底界面黏聚力和内摩擦阻力的合力；等效黏聚力cd、等效内摩擦系数tanφd与煤柱走向长度d均呈反比例函数关系，与煤柱高度h均呈正相关一次函数关系，与煤柱顶宽b、外底角β、内底角?均呈正相关幂函数关系，与基底倾角α分别呈一次、二次函数关系，后者与内排土场边坡角βp、纵截距hp分别呈正相关一次函数、幂函数关系；内排土场稳定性系数Fs与煤柱顶宽b、高度h呈正相关一次函数关系，与走向长度d、排弃高度增量?H呈负相关指数函数关系，与边坡角βp、基底倾角α呈负相关一次函数关系，与宽高比D/H呈正相关指数函数关系，与外底角β呈负相关二次函数关系，与内底角?呈绝对值函数关系；胜利东二露天煤矿内排土场支挡煤柱的顶宽最佳标高为+824水平，最佳尺寸为顶宽b=15m、高度h=36.7m；数值模拟法获得的支挡煤柱失稳机理及内排土场稳定性与理论分析结果具有良好的一致性。