沿空留巷作为一种无煤柱开采技术,在提高资源回收率、降低巷道掘进率和优化工作面通风方式等方面具有突出优势,是绿色采矿技术发展的重要方向。而现阶段的垮落法管理顶板的沿空留巷技术在深部大采高工作面的应用效果并不理想。因此,矸石充填沿空留巷技术作为突破这一技术瓶颈的有效途径,其在深部大采高条件下的围岩变形机理及控制技术的研究工作已成为一项刻不容缓的任务。本文综合运用实验室试验、理论分析、数值模拟、相似试验和现场监测等手段,对深部大采高矸石充填综采沿空留巷矿压显现规律、顶板结构特征、巷旁支护材料特性、巷旁支护体稳定性、围岩控制技术等问题进行了系统研究,主要的创新工作与成果包括以下几个方面:(1)研究了水灰比、骨料、龄期对矸石混凝土可缩性、增阻速度、抗压强度以及峰后承载能力的影响。结合综采矸石充填沿空留巷的矿压显现规律,探讨了矸石混凝土作为巷旁支护材料的适应性。得到了水灰比对矸石混凝土力学特性的敏感调控区间为0.46~0.60。(2)构建了深部大采高综采充填沿空留巷顶板变形和巷旁支护体稳定性分析模型,推导了顶板下沉量预测公式。通过关键参数的影响分析,确定了充填区的承载特性是老顶变形的主控因素,据此创新性地提出了适用于矸石充填沿空留巷的刚-柔结合巷旁支护结构。(3)得到了充填沿空留巷巷旁支护体极限平衡状态下的滑移和回转失稳判据。结合数值模拟方法,揭示了巷旁支护参数对深部大采高矸石充填沿空留巷围岩稳定性的影响规律。在此基础上,得到了巷旁支护体关键参数的优化设计方法。(4)建立了复杂载荷条件下综采充填沿空留巷底板力学模型,求解得到了底板岩层应力场、位移场的解析表达式,揭示了底板主应力场和塑性区的分布规律。发现实体煤侧应力集中系数、巷旁支护体支护阻力等因素是通过改变巷道底板水平应力影响巷道底板的破坏特征。进一步从提高底板岩层力学特性、调整底板主应力、优化底板上部载荷等方面探讨了综采充填沿空留巷底鼓控制原则。(5)揭示了工作面推进过程中充填区承载特征、工作面矿压显现规律和沿空留巷顶板载荷传递机制。通过对试验得到的破碎矸石蠕变本构模型进行细观力学参数标定,构建了多软件耦合计算模型,得到了充填沿空留巷过程中顶板下沉量和巷旁支护体稳定性的时变演化规律。(6)运用自主研制的含有水平推压装置的物理模拟试验系统,首次开展了考虑充填区循环推压效应的综采充填沿空留巷相似模拟试验研究。分析了水平推压力和巷旁支护结构对充填区承载特性、顶板变形规律和巷道收敛变形的影响规律。揭示了充填区破碎矸石应力演化的阶段性特征(主动压实阶段、被动压实阶段和应力稳定阶段),得到了各层位顶板回转变形的主导因素及控制原则。(7)基于本文理论分析、数值模拟和试验研究得到的关键技术方案设计原则,结合试验矿井的生产地质条件,提出了以刚-柔结合巷旁支护结构、充填区工艺参数设计、充填区侧向压力控制、底板局部加固支护设计等技术为核心的深部大采高充填沿空留巷围岩变形控制技术体系。技术方案的成功实施,验证了本文研究成果的合理性和实用性。