本文运用相似模拟、理论研究和现场实测相结合的方法,研究了矸石充填开采条件下的支架与围岩关系、顶板载荷估算方法、充填工作面矿压显现规律和充填开采对底板破坏规律的影响。利用回弹仪对顶板岩层的强度和支承压力走向分布进行了现场观测。邢台矿7606充填开采工作面两巷的煤壁的回弹值出现了从0显著增长到峰值,再降低到平稳的特征,峰值点距离煤壁约8m。回弹仪在支承压力测试中所得的回弹值、抗压强度和超前支护距离拟合的曲线结果与两巷超前压力在线实时监测数据所得的曲线结果基本一致的。这说明了回弹仪在支承压力测试中所测得两个数据对现场是有一定的指导意义,可以用这种方式来简单的测试超前支承压力,在一定程度上提高了矿压观测的效率。研制试验用安装有先进压力传感器的充填开采液压支架,将其用于充填开采二维相似模拟实验,对支架载荷、岩层应力和位移进行观测。研究发现,充填支架高初撑力和工作阻力可以限定顶板的变形,保证良好的充填效果,进而减小缓慢下沉带高度,控制地表变形。并指出充填开采覆岩移动特征与传统长壁综采有显著的不同,采空区内充填料限制直接顶的变形、下沉以及冒落。直接顶以断裂和冒落为主,老顶可能形成弯曲下沉或断裂但不冒落的移动形式,上覆岩层冒落高度显著降低。通过对充填工作面液压支架工作阻力进行分析,发现周期来压步距增大,矿压显现强度低;对充填工作面顶板离层情况进行窥镜观测,离层主要发生在直接顶范围内,老顶基本完整,验证了理论分析结果。通过对矸石充填工作面采场支护系统的受力分析,获得了矸石充填工作面合理支架工作阻力的计算方法。对工作面支架载荷、回采巷道的顶板离层以及充填体变形特征的分析结果与理论分析相互吻合。工作面中间部位充填率较高,端头处充填率较低。每次充填体应力的小幅升高并不是由于火成岩顶板的周期性破断,而是由于顶板缓慢下沉逐步压实充填体的缘故。每当工作面推进约30~40m左右时,工作面支架压力会出现整体明显增高现象,其原因一方面是由于在顶板岩层矿山压力作用下逐步压实了充填体,充填体的压实增大了顶板的下沉量;另一方面是由于在约30~40m左右时为基本顶的极限垮距,此时基本顶下沉将加快,其一部分载荷由支架承担。其周期来压步距明显比普通综采时步距大,来压强度不明显,原因是充填体延缓的老顶的回转下沉,承担了大部分的老顶载荷,从而缓解了工作面的矿压显现。通过对充填工作面的覆岩移动规律进行数值模拟分析发现,充填率85%时,煤层顶板40m处岩层最大下沉量为365mm,其下沉量比当充填体弹性模量最小为1GPa时的岩层最大下沉量(202mm)大;充填料70%时,煤层顶板40m处岩层最大下沉量为432mm,其下沉量比当充填体弹性模量最小为1GPa时的岩层最大下沉量(270mm)大。当推进当工作面推进到70m时,采空区上方岩层垂直位移最大。垂直方向的位移与充填率为0.86的模拟开采相比较,明显增加,但同时比全部垮落法小,说明其垂直方向的位移与充填率成反比,充填率越高,垂直方向的位移越小,充填所达到的效果越好。当充填体弹性模量为1GPa时,岩层最大下沉量为270mm;充填体弹性模量为5GPa时,岩层最大下沉量为213mm;充填体弹性模量为10GPa时,岩层最大下沉量为179mm;充填体弹性模量为15GPa时,岩层最大下沉量为146mm;充填体弹性模量为20GPa时,岩层最大下沉量为128mm。从以上数值可以看出,随着充填体弹性模量不断增大,岩层下沉量逐渐减小,且减小幅度逐渐减小。通过经验公式计算得知:邢台煤矿7608工作面开采深度为366~446m、煤层倾角为2~14°、工作面斜长为80m的条件下,底板破坏深度正常情况下为7.72~10.66m,最大破坏深度位置距工作面煤壁的水平距离正常情况下为4.48~6.18m。现场实际观测底板破坏深度的极大值约为10.2m;当底板破坏深度发展到极大值位置时,底板破坏的极大值位置与工作面煤壁水平距离约为10m。与理论计算结果基本符合,观测结果合理有效。工作面开挖后底板鼓起情况由于受承压水和高水平应力的双重影响,采空区不充填底板鼓起非常严重,工作面推进到100m时最大鼓起量达到1m;而采空区充填后对底板鼓起也起到很好的控制作用,工作面推进100m时,底板最大鼓起量为16cm。采空区不充填的情况下,当工作面推进60m时,石灰岩中出现拉应力集中,这是导致石灰岩破坏的主要原因;而采空区充填后,由于充填体逐渐被压实,含水石灰岩虽然有效应力也因承压水而减小,但并没有出现拉应力集中,说明充填体对控制底板岩层的受力状态起到一定的作用。