矸石充填材料是一种非连续介质,在上覆岩层载荷作用下,矸石块体压缩过程中将发生相互搓动、旋转、破碎、填空、固结效应。矸石的压实变形特性受到矸石岩性、不同粒径配比以及不同空间分布等影响,通过研究矸石充填压实变形特性及力学行为,从而为控制岩层移动机理提供理论基础。本论文基于影响矸石充填体压实变形行为的因素,自制不同粒径矸石颗粒及级配并进行加载,并综合运用实验室试验研究、理论分析、数值模拟的方法,获得其载荷-变形之间的关系;使用颗粒流方法分析充填矸石压实变形过程以及颗粒间力链的演化特征,揭示矸石充填材料压实力学行为的细观作用机制;结合矸石受载力学行为,建立矸石充填材料控制下采场顶板-底板物理相似材料模拟模型,揭示充填体控制条件下的岩层矿压显现规律。主要研究内容如下所示:(1)通过将矸石块体进行筛分,测试了不同矸石粒径的物理特性和基本力学特性,并根据不同矸石粒径配比的载荷-变形之间的关系,得出矸石压缩过程作用机制。(2)通过编写PFC程序,实现了标定过程中压密阶段在力学曲线的显现;建立了颗粒细观作用数值分析模型,获得矸石块体在压实过程中的力学作用过程,深入分析颗粒结构、形态的演化特征,揭示矸石充填材料压实力学行为的细观作用机制。(3)借助相似理论进行物理相似材料模拟试验,对比垮落法和充填法两种开采方法以及充填开采中不同刚度充填体在开采过程中采空区上覆岩层破坏、滑移情况,并揭示了不同充填开采条件下底板应力演化规律。(4)通过建立巷道围岩弹塑性区模型图,分析了充填体与围岩塑性区半径和围岩弹塑性变形的关系;提出了“找点作线”的方法实现精准充填,并根据此方法论述了“顶板-充填体-底板”的技术应用。