目前采空区膏体充填是解决煤矿开采引起的地表沉陷、破坏最有效的方法之一。膏体充填不仅可以改善煤矸石、‘粉煤灰等固体废弃物无序堆积对环境污染的影响,还可以解放村庄及建筑物下大量压煤的问题。膏体充填材料作为充填技术的核心,对充填体力学性能的优劣、充填成本的高低及充填开采控制地表沉陷的效果起着关键性作用。为此,论文通过实验室试验、理论分析及数值模拟的方法,围绕具有膨胀特性膏体充填材料的工作性能及力学特性进行了系统的研究。主要研究内容及结果如下：(1)根据采空区顶板岩层的变形破坏规律与理论,得出充填体的早期强度至少达到0.15MPa才能满足其保持自稳及有效支护直接顶的要求；对采用长壁间隔充填法充填体的后期强度,根据条带开采煤柱承载能力的计算方法,提出充填体的后期强度应在保持顶板稳定性的条件下根据充填体在采空区所受的上覆岩层载荷相匹配。为满足膏体料浆的泵送需求其坍落度应达到12cm以上,泌水率应控制在1.4%—-3.2%。作为粗骨料的煤矸石颗粒其最大粒径要求小于25mmm,其中小于5mm的颗粒比重要不小于40%的级配要求。(2)研制出以煤矸石、粉煤灰、水泥、膨润土及部分化学激发剂为主的具有膨胀特性的膏体材料,通过XRD、SEM等化学分析方法,对不同养护龄期(8h、1d、7d、28d)下的膏体试件进行微观水化机理研究。分析了膏体材料中不同膨润土掺入比膨胀率随时间的变化关系,以及膏体材料的力学强度、膨胀率与膨润土掺量之间的关系。(3)设计了煤矸石、粉煤灰、水泥、辅助材料和膨润土的配比试验,通过系统的力学试验(单轴压缩、单轴拉伸、剪切),得到膨胀特性膏体充填材料的最优配比。结果表明：水泥是影响膏体材料强度的关键因素,粉煤灰对膏体材料不同龄期的强度贡献较小；膏体材料膨胀率随膨润土掺量的增加呈上升趋势,当掺量大于60%,其力学强度与流动性会受到很大影响；(4)运用FLAC3D模拟软件分析了充填体的不同充填参数对采空区顶板及上覆岩层的垂直应力和垂直位移的影响,以及对塑性区破坏范围。得出随着膏体材料充填率的不断增加,采空区顶板垂直应力逐渐增大,而顶板的垂直位移不断减小。