在“三下”压煤开采中,常留设条带煤柱来支撑顶板,控制地表沉陷,煤柱失稳会诱发多种矿山灾害,保持煤柱的长期稳定对于覆岩移动控制及地表沉陷至关重要。煤柱作为“顶板-煤柱-底板”开采系统的一部分,研究煤柱长期稳定性及破坏规律,应将煤柱放在整个开采系统中。本文运用理论分析、力学试验、声发射监测、数值模拟等方法,对不同岩性顶底板下条带煤柱的失稳破坏特征进行了试验研究,取得以下成果:根据条带煤柱与顶底板的相互作用关系,结合复合岩体理论及叠加原理,对层间具有粘结力的煤岩体的应力、应变进行了分析,建立了考虑条带煤柱与顶底板结合力的“顶板-煤柱-底板”系统摩擦效应力学模型。进行了中砂岩、红砂岩、页岩和煤样的单轴拉伸、压缩试验以及三轴压缩试验,试验获得了煤岩试样的基本力学参数;设计研制了条带煤柱渐进破坏试验监测装置,进行了“顶板-煤柱-底板”煤岩系统的长期承载试验,试验发现,随着顶底板岩性的增强,煤岩系统试件的单轴抗压强度和弹性模量呈上升的趋势。条带煤柱的失稳破坏过程可分为初始压密阶段、稳定增长阶段、阶跃变形阶段、快速增长阶段;随着顶底板围岩硬度的增加,煤柱侧向变形呈递减趋势,条带煤柱中部偏上位置最先发生变形,煤柱中部偏上及上部的侧向位移明显大于中下部及下部的侧向位移;试验监测到条带煤柱的侧向变形具有明显的台阶型突增,呈现出阶跃式、突变特征,条带煤柱受力发生弹性变形,将加载系统施加的轴向应力转化为弹性势能,煤体本身积聚的能量引起煤柱裂纹的扩展滑移,导致煤柱侧向变形呈现出阶段性跃升。条带煤柱失稳过程声发射信号分为声发射初始沉寂阶段、稳定增长阶段、快速增长阶段和非稳定变化阶段;条带煤柱完全破坏失稳前有明显的声发射前兆信号,可将声发射信号的平静期看作煤柱失稳破坏的前兆判据;坚硬顶底板岩层等效施加给煤柱的压应力限制了煤岩交界面的失稳破坏,导致煤体内声发射定位事件向中部集中,声发射事件定位技术可以定性分析煤柱的渐进破坏失稳过程,能够研究不同岩性顶底板下煤柱声发射事件的分布规律。采用FLAC3D数值模拟研究了不同岩性顶底板下条带煤柱的塑性区、垂直应力和水平位移演化规律,模拟表明:顶底板岩层的强度越小,煤柱塑性区扩展越大,承受的最大应力越大,应力峰值出现部位越靠向煤柱边缘,条带煤柱的水平位移量也逐渐增加。