我国及山西省优质浅埋深的煤炭资源开采历史悠久,各个历史时期的旧式采煤法回采率不足20%,形成了巨大的残煤资源量,本论文围绕旧式采煤法残留煤炭资源与特征、复采方法、矿压规律和旧采残煤资源综采的关键科学与技术问题进行了研究。旧式采煤方法是指巷道式采煤、简易房柱式采煤和刀柱式采煤方法。本文进行了大量调研,以及旧采关闭矿井的井下实际勘察和收集整理历史资料,详细剖析了不同历史时期,山西旧式采煤方法开采的100余座矿井煤层回采与残留资源的实际工程平面图,统计获得了各历史时期煤炭资源回采率和残留煤炭资源情况和特征,得出如下结论:1)山西省旧采残煤资源量为223.75亿吨,全国的旧采残煤资源量为801亿吨;2)旧采残煤区内普遍存在有一定量的积水和积气。积水和积气存在的特点是:积水区范围以及积水量普遍不清;旧采残煤存在时间长,残煤煤体内裂隙普遍发育,残留煤体内瓦斯含量较低,小于5m3/t,煤体内瓦斯压强一般低于0.5MPa。经过深入研究,本文提出了旧采残煤复采的综采方法及其应遵循的基本原则:1)残煤区物理勘探先行,基本搞清楚采空区和实体煤的分布情况,以及采空区积水与积气的分布情况。2)分区处置,先将整个矿井合理分区,并用注浆方法将这些区域严格分割和封闭,然后分区处置采空区积水和积气,继而分步分区实施开采。3)采用采区和大工作面正常布局的综采技术方案,选择重型化的综采装备。论文采用相似模拟实验方法,对房柱式、房柱式和刀柱式混合的3个旧采残煤工作面的复采进行了大尺寸三维相似模拟试验。并在此基础上,进行了大量的三维数值模拟研究。二者对比,总结分析了工作面与巷式采空区0°、20°、40°、45°、60°、90°斜交布置下煤层和顶板的拉伸与塑性破坏、垂直应力分布和位移规律。上述实验结果表明,当旧采残煤复采工作面与旧采形成的巷式采空区走向有一较大的角度斜交布置时(该角度一般取30°),均可实现残煤资源的顺利可靠回采。当斜交角度小于30°时,回采工作面架前会因矿山压力显现造成工作面前方顶板下沉及大面积的垮落,导致回采工作不能顺利进行。残煤开采过程中,工作面开采前方的残留煤柱边缘和中部的应力大小差异较大,最大差异值可达原岩应力的2~3倍。文中详细介绍了作者负责实施的西曲矿22102工作面回采过程中,以不同斜交方式通过工作面前方巷道的经验,以及较详细的观测资料,数值模拟、相似模拟和工程实践均证实上述结论是正确的。本文提出的旧采残煤综采方法及其关键技术方案,由作者负责,在斜沟煤矿18107工作面面积为102960m2的残煤区复采中得以工业实施。主要工程研究工作和结论为:1)采空区积水及其处置:旧采残煤区存在大量积水,在工作面顺槽掘进期间可以大量排出,通过在掘进工作面揭露的较低标高的老空区巷道,布置专用排水设备,在工作面回采前可以基本处置完旧采残煤内的剩余积水。2)旧采残煤区揭露时,测得采空区的瓦斯浓度为0.8%~3.4%,采用全负压通风系统和局部压入新鲜风流的通风方式对残煤区内的瓦斯进行稀释,顺利处置了采空区内积聚的瓦斯,达到了正常生产要求。3)本工作面设计时,工作面与旧采的巷道式采空区均呈大于30°角度斜交,在回采过程中,发现极个别交角较小的局部巷式采空区。实时地在架前采空区加强支护,因此整个回采过程中,未出现大的架前顶板垮落事故。4)残煤回采过程中进行的液压支架工作阻力的观测得出,工作面液压支架工作阻力较实体煤层回采增大1.2~1.65倍,工作面各支架阻力严重不均匀,工作面前方为采空区的液压支架阻力较实体煤的液压支架阻力最高可达40%。按照本文的研究结论和揭示的规律,已进行了山西晋能集团西河煤矿旧采残煤综采复采的可行性研究报告与初步设计。