防水隔离煤柱的合理留设是采空区积水防治的关键技术,与煤层赋存条件、煤及上覆岩层物理力学性质以及工作面布置等众多因素密切相关。本文通过实验研究、理论建模及现场验证等手段,针对防水隔离煤柱的合理留设问题进行了系统研究。基于采场应力重分布理论和极限平衡理论,考虑了煤体破坏形式,将防水隔离煤柱分为极限平衡区—弹性核区—水压破坏区,为进一步分析和确定防水隔离煤柱整体宽度构建了合理的框架;应用极限平衡理论和抛物线型强度准则,采用分离变量法,确定了极限平衡区宽度;考虑矿压、水压作用,选用统一强度理论,采用半逆解法,确定了弹性核区宽度;考虑水的浸润软化作用,确定了水压破坏区宽度;通过力学建模量化分析了采空区宽度、煤层埋深、地应力、水压等赋存地质因素以及煤柱高度、煤岩体拉压强度、浸水弱化性、煤体孔隙变形能力等结构强度因素与防水隔离煤柱宽度关系;为方便实际工程应用,编写了防水隔离煤柱留设程式,讨论分析了留设参数的选取原则和计算方法,为现场实际煤柱留设工作做出了有益的指导;为获取防水隔离煤柱力学模型参数,进行了抗压强度点荷载实验及抗拉强度、地应力水压致裂试验,为模型参数分析及实际工程应用奠定了基础;将本文研究成果应用于董家河矿防水隔离煤柱留设工作,计算得到极限平衡区宽度为2.83m,与该矿钻探队超声无损探测结果相近;面间防水隔离煤柱整体宽度为30m,与前期预留防水隔离煤柱整体宽度相符。本文基于以上研究工作,初步建立了防水隔离煤柱留设体系,为解决类似工程问题提供了借鉴性的研究方法,为进一步丰富和深化该类问题的研究体系铺设了良好的基础。