随着浅部资源的不断减少,开采深部资源是未来采矿的必然趋势,充填采矿法因其具有控制地压、降低贫化损失等显著优点适合深部开采。在深部开采过程中,由于其处于高度非线性的复杂环境中,对于充填体的设计与浅部资源开采有很大区别,目前大多数采用经验类比法进行设计,这样造成了不必要的胶凝材料浪费或充填体强度不能达到安全回采要求。因此有必要对深部开采过程中充填体的稳定性及强度设计进行研究,以实现深部安全高效开采。本文结合国家自然科学基金资助项目(编号：51074177)和山东黄金集团与中南大学合作项目《三山岛金矿深部采场取消矿柱试验研究》,进行了如下研究：(1)对深部开采过程中充填体的力学和能量响应特性分析,揭示了充填体与岩体耦合作用的力学特征和能量释放规律,并根据充填体不同的破坏形式建立了强度控制型和剪切控制型破坏模型；(2)应用可靠度理论对充填体的稳定性进行分析,建立了强度控制型破坏模型和剪切控制型破坏模型的极限状态方程,由于充填体破坏的极限状态方程形式比较复杂,通过对比不同的可靠度指标计算方法,采用基于神经网络的Monte Carlo模拟进行计算；(3)通过统计国内外大量金属矿山充填设计资料,充分考虑开采技术条件、充填技术水平、采矿方法以及充填体稳定性等因素,借助Matlab软件建立了充填体设计的智能匹配模型,实现了充填体与岩体的智能匹配,为充填体强度设计提供了理论依据；(4)结合三山岛金矿深部开采实际工程,对其不同配比的充填体进行可靠度计算,采用智能匹配模型进行计算,研究得出充填体强度及配比情况随开采深度的变化呈指数上升、随可靠度指标的变化呈logsit函数上升,取可靠度指标为3.2,计算得到不同开采深度的充填体设计强度,对于三山岛金矿553号采场进行分析,合理强度为0.52MPa,建议配比为1：16,降低充填成本17.48%,减少充填费用228.905万元。