浅埋煤层坚硬顶板开采地表容易出现非连续性破坏,对地面建（构）筑物造成损坏。充填开采作为最直接有效的地表沉陷控制技术被逐渐应用到浅埋煤层开采地表建（构）筑物保护中。现阶段对于浅埋煤层坚硬顶板充填开采的研究较少,为此,本文以山西云冈矿为研究对象,综合运用数值模拟、相似材料模拟、理论分析等多种方法,对浅埋煤层坚硬顶板充填开采岩层及地表移动变形特征进行研究,主要研究成果如下:（1）采用数值模拟的方法研究了浅埋煤层坚硬顶板垮落法开采岩层及地表移动、覆岩破坏及岩层内部垂直应力动态演化特征。结果表明:1)随着工作面推进,浅埋煤层坚硬顶板开采岩层及地表下沉不连续,并依据下沉值的增幅将开采分为三个阶段:坚硬顶板破断前,地表最大下沉值缓慢增加,顶板底部发生离层垮落,覆岩以弯曲变形为主;坚硬顶板破断时,地表最大下沉值急剧增加,覆岩整体发生破坏,随坚硬顶板破断而垮落;坚硬顶板破断后,地表最大下沉值增加极少或不再增加,随着工作面推进,覆岩在横向方向上破坏范围进一步扩大。2)随着工作面推进,在坚硬顶板发生破断前,应力集中发生在煤壁处,且随着开采推进不断增大;坚硬顶板破断时,煤壁处承载应力达到最大,采空区中央被压实的岩块具备一定的支撑能力,此处出现小范围的应力增大现象;随着开采继续推进,采空区被压实的岩块增多,煤壁处承载应力部分向采空区转移,造成采空区承载应力增大,煤壁处承载的应力逐渐减小。（2）模拟研究了浅埋煤层坚硬顶板充填开采不同充实率条件下地表下沉和岩层内部垂直应力动态变化特征。结果表明:1)通过分析不同充实率地表最大下沉值曲线的变化特征,得到了充填开采充实率大于60%,地表最大下沉值不会发生突变,此时坚硬顶板不发生破断失稳,地表移动变形连续平缓。2)充实率大于60%时,随着充实率的继续提高,煤壁处承载应力减小,采空区内部充填体承载应力增大,并向同一水平趋近。（3）分析了充填开采充实率、采宽、采高、顶板强度对地表移动变形的影响,得到地表最大下沉和影响因素之间的关系式。结果表明,充填开采地表最大下沉随充实率、采宽、采高近似呈线性递减、幂函数递增、线性递增的关系,在充实率较高的情况下,顶板强度对地表移动变形影响很小。采用归一化法比较各因素的影响,得到在充实率保持较高的条件下,采宽对地表最大下沉值影响最大,采高影响相对较小。模拟了充实率大于60%时,不同充实率下地表移动变形特征,得到地表移动变形曲线基本一致,主断面内地表移动变形特征基本符合概率积分法沉陷预测模型。（4）采用相似材料模拟的方法研究了浅埋煤层坚硬顶板充填开采岩层与地表移动及覆岩破坏的动态变化特征,结合开采沉陷理论对比分析了浅埋煤层坚硬顶板与一般地质采矿条件下开采覆岩破坏特征。结果表明:相较于一般地质采矿条件垮落法开采,浅埋煤层坚硬顶板开采,坚硬顶板破断导致上覆岩层随之垮落,地表出现大范围的塌陷坑;充填开采由于坚硬顶板和充填体的协同控制作用,坚硬顶板内部裂隙不发育,覆岩主要以弯曲变形为主,此时地表移动变形连续平缓,基本符合概率积分法沉陷预测模型。最后结合材料力学理论分析了坚硬顶板的初次破断和周期破断。（5）以山西云冈矿充填首采面CT3401工作面为例进行开采沉陷预计。依据建（构）筑物结构特点确定了建（构）筑物的设防指标,结合固体密实充填理论和周边地质条件相似矿区的概率积分法预计参数确定了该矿区基于等价采高理论的概率积分法预计参数。设计了5种充填开采方案,最后根据设防指标确定了充实率85%为最佳的开采方案。