深部开采是矿山发展的方向。随着开采深度的增加,高温、高压、高应力逐渐增强,极易诱发顶板开裂、围岩冒落、覆岩滑移等一系列地质灾害事故,造成重大人员伤害及经济损失。充分利用岩体拱架自承载能力,可以提高深部开采空区稳定性,降低开采成本。因此,开展该领域理论与关键技术研究,具有十分重要的意义。论文以某大型矿山深部开采采空区为研究对象,基于拱架效应及安全系数理论,采用理论分析、现场调研、位移监测及工程验证等方法,研究深部高应力条件下,采空区拱架效应与采场结构尺寸相依性问题。论文主要工作如下:(1)在研究拱形结构的相关理论与方法的基础上,包括两铰拱、三铰拱与无铰拱的力学模型及内力分析方法等,结合某大型铜矿山地下深部开采复杂环境,详细研究了影响采空区拱架效应的内部因素、外部因素及主控因素等。最终选取适合该矿山的拱形结构力学模型与分析方法。(2)提出了矿柱综合安全系数计算方法。通过分析复杂荷载作用下均质矿柱破坏过程,构建矿柱力学模型,研究不同崩落体高度及矿柱尺寸情况下,综合安全系数变化规律,确定矿柱合理回采尺寸,为采场布置提供依据。(3)在确定矿柱合理回采尺寸(矿柱间距及宽度)的基础上,构建顶板无铰拱力学模型,推导出矿柱间距及宽度与拱轴系数之间的关系式。研究矿柱间距及宽度随着拱轴系数变化规律,揭示采空区拱架效应与矿柱尺寸相依性,为矿山回采采空区结构尺寸设计提供理论指导。(4)基于采空区拱架效应与矿柱尺寸相依性及深部开采复杂环境,构建岩体无铰拱力学模型,推导出高应力作用下,采场拱架效应与采空区结构尺寸(采场跨度、矿柱宽度)之间的关系式,并分析其内生关系。研究成果为深部高应力矿山采场结构参数设计、提高采空区本质安全水平及提升金属矿产资源回收率等,提供理论指导,具有一定的工程应用价值。