近年来沿空掘巷技术在各大矿井应用广泛,沿空掘巷即沿采空区边缘留设小煤柱开采的方法,由于上区段工作面开采后会遗留一个特别大的采空区,在上覆岩层应力的作用下会有大范围的岩层受到采空区的影响,上覆岩层压力显现的现象时有发生,这使得广大学者和研究人员对沿空掘巷产生的巷道围岩控制技术产生了很大的兴趣。而在该问题的研究过程中,煤柱宽度的合理留设是无法回避的主要课题,太宽的煤柱会导致大量的煤炭资源损失,如果煤柱宽度太窄,矿压显现现象会频繁发生,给巷道围岩控制和支护带来很大难题,导致巷道无法正常生产。本文以大同煤矿集团某矿特厚煤层30503工作面为研究背景,实地勘测该工作面煤层和顶板的一些力学参数,利采岩石力学等相关理论知识对煤柱宽度进行理论计算,再用FLAC3D模拟不同宽度煤柱应力及位移变化情况,之后提出新的支护方案对旧支护方案进行优化,用FLAC3D验证新方案的可行性。论文取得主要结论如下:运用关键层理论分析了工作面开采后上覆岩层的分布特征,确定了基本顶位置,得出了距离煤层较近的低位含砾粗砂岩为硬岩层,由于该煤矿煤层赋存厚,且低位含砾粗砂岩下方直接顶垮落后未能充满采空区,煤层采出后,其破断后在煤壁处形成悬臂梁结构,较远处的破断块体发生垮落,而距离煤层较远的高位硬岩层含砾粗砂岩,其下方采空区充填充分,破断后形成砌体梁结构。利用基本顶断裂位置的不同来分析上覆岩层对巷道及煤柱的扰动情况,分析可得,当沿空巷道弧形三角块的断裂位置在煤柱外侧即上方较大工作面积的采空区时,运动下沉对沿空巷道煤柱及围岩沿空巷道的扰动控制难易程度最低,巷道顶板及围岩的稳定性也较好。分析了煤柱所承担的载荷,并得出了在载荷一定情况下宽煤柱应力分布形式为马鞍形,而窄煤柱应力分布形式为单峰形;在此基础上分析了煤柱的破坏机理,以及煤柱受到不同地质因素影响时的5种破坏方式。运用极限平衡理论分别计算了上工作面开采后在采空区一侧产生的塑性区宽度和巷道掘进在煤柱另一侧产生的塑性区宽度。经计算得出塑性区宽度分别为5.0m和1.72m。根据煤柱承载区的宽度需达到塑性区宽度的30%~50%,经计算承载区的取值范围为2.02~3.36m。综合考虑了煤柱的作用及稳定性要求,最终确定煤柱宽度为10m。在前边理论计算的基础上将煤柱宽度划分为6m、8m、10m、12m、14m和16m六种情况分别进行数值模拟,通过对比分析不同煤柱宽度情况下垂直应力、水平应力、垂直位移、水平位移以及塑性区的分布情况,综合得出护巷煤柱最优宽度为10m。增加支护的锚杆长度和直径来增加锚杆自身强度和支护的范围,减小锚杆之间的排距增强锚杆之间的相互作用力,通过对原有支护方案的改进提出不对称支护方案,并运用数值模拟软件对比分析新旧支护方案的可行性,新的支护方案在应力、位移以及塑性区方面都有明显的改善,支护效果良好。