矸石充填作为一项重要的绿色开采技术,主要思想是将矸石作为骨料充填入采空区,以矸石置换煤炭,从根本上解决了环境、地质和安全问题,显著降低地表沉降量,延长矿井的服务年限,有效缓解地区资源紧张问题。目前,该项技术存在充填大多依靠经验、盲目性大等不足,夯实工艺缺乏理论指导,导致充填效果差、产量低、成本高等问题,不能实现对充填夯实效果的精准控制,从而无法保证需要的密实充填率和充填材料参数指标。本文使用基于离散元的数值模拟方法,建立矸石颗粒簇模型,开展了矸石颗粒簇压缩模拟、夯实机构单次推压夯实模拟和多次推压夯实模拟试验研究,分析了矸石颗粒压缩和夯实过程中的位移、破碎、力链演化等力学响应,提出了接顶率、坡面斜率、矸石质心位置等夯实效果评价指标,获得了充填支架夯实参数与夯实效果评价指标的量化关系,为矸石固体夯实效果的精准量化控制提供理论依据。取得如下成果:（1）通过溢水试验、摩擦力物理实验和钢桶压缩试验,获得矸石的密度和摩擦因数等物理力学参数和颗粒簇粘结参数。（2）通过钢桶压缩数值模拟试验,研究了颗粒压实与破碎的内在机理,得到了压实过程中的颗粒破碎与力链演化及其关系,对比了不同条件下颗粒簇的压力、破碎量、破碎速度、破碎集中程度等,揭示了矸石块体受压时的力链演化规律。（3）通过矸石充填单次夯实过程模拟研究,从细观角度分析了推压夯实过程中颗粒力链和夯实板推压力的动态演化过程,获得了不同充填步距和夯实角对矸石质心位置等夯实效果评价指标的影响规律。研究结果表明:充填步距变大时矸石质心位置偏大,夯实角24°时夯实效果最佳的规律。（4）通过矸石充填多次夯实过程模拟试验,模拟不同推压速度和不同夯实角下的多次夯实过程,研究了夯实工艺参数对夯实板压力、充填体接顶率和坡面斜率等夯实效果评价指标的影响规律。研究结果表明:夯实机构推压速度0.3-0.4m/s、夯实角为32°时夯实效果最好。通过矸石充填夯实工艺工程实例和数值模拟对比分析,验证了矸石充填夯实工艺数值模拟试验结果的可靠性。