区段煤柱合理宽度的确定是保证大采高工作面安全开采的关键。本文以亭南煤矿二盘区大采高工作面及区段煤柱为研究背景,综合应用现场观测、理论分析、数值模拟及相似材料模拟等方法对二盘区区段煤柱进行了系统的研究,主要研究内容如下:首先,在分析矿区基本地质条件的基础上,应用现场应力观测的方法对该矿二盘区目前所留设的30m区段煤柱的破坏规律进行了研究,研究表明,当煤柱一侧位于采空区时,靠近采空区侧煤柱边缘的破坏区域宽度约为3m,上位岩层低应力区域宽度约为18m,当煤柱两侧均位于采空区内时,煤柱中部至少存在宽度为15m的稳定区域;巷道监测结果表明目前所留设的30m区段煤柱尺寸偏大,可通过优化减小区段煤柱尺寸;通过对现场观测数据分析,确定了区段煤柱尺寸的优化范围为5.2~13m。其次,从提高煤炭采出率、巷道支护及水体下安全开采的角度分析论证了窄煤柱沿空掘巷的合理性;在分析窄煤柱沿空掘巷原理的基础上,应用极限平衡理论分析计算得出区段煤柱的极限宽度为6.12m。在上述研究的基础上,应用数值模拟的方法模拟分析了采空区侧向支撑应力分布规律,沿空掘巷后及二次采动期间宽度为4m、5m、6m、7m、8m、9m、10m、11m、12m时煤柱的应力演化规律、弹塑性区域变化规律和巷道变形规律,确定了区段煤柱的优化尺寸为10m。最后,应用物理相似模拟实验,从覆岩移动破坏演化规律与煤柱承压分布规律的相关性等方面验证了采用10m宽区段煤柱的合理性、可靠性。本文研究成果为亭南煤矿二盘区区段煤柱合理尺寸的确定提供了理论基础,并对类似开采条件下区段煤柱的留设提供参考。