山东太平井田煤系被第四系松散层覆盖,松散层平均厚度158m,松散层底部赋存一中等富水性含水层。太平煤矿六南采区基岩厚度0~32.6m,基岩较薄,故太平煤矿六南01工作面属于典型的厚松散含水层薄基岩下煤层开采。本文采用试验研究、理论分析、物理模型和数值模拟等方法,对膏体充填材料的长期力学性质和水稳性、以及在充填开采过程中的作用机理进行了研究,并对垮落法开采、充填开采及条带充填间歇开采等多种采煤方法的覆岩及充填体的变形移动特征与应力演化规律进行了对比分析研究。建立了膏体充填材料水稳性评判标准,提出合理且高效的开采方案,为矿井实际开采工作提供理论依据。主要成果如下:(1)以SL胶结料、粉煤灰及河砂为原材料的膏体充填材料具有较高的早期强度和后期强度,可满足充填体自稳及后期强度的需要;依据建立的水稳性工程评判标准,膏体充填材料的水稳性属中等至强,软化性质、耐崩解性较强,无膨胀性,稳定后的弱渗透性充填固结体可作为相对隔水层,对水体下膏体充填开采有利。(2)在总结分析膏体充填开采过程中充填体的作用机理及充填效果的影响因素的基础上,采用物理和数值模拟相结合的方法对太平煤矿六南01工作面不同方法分层充填开采进行了研究。研究结果表明,四分层开采结束后,四分层全垮落法开采对覆岩的扰动程度最大,其次是一分层垮落开采其余充填开采和四分层全部充填开采,四分层全部条带充填间歇开采对覆岩的扰动程度最小,地表沉陷控制效果最好。数值模拟推测等效采厚与实测等效采厚相吻合,太平煤矿膏体充填开采欠接顶量以及顶底板移近量控制效果非常好,膏体充填开采能有效的控制地表沉陷、上分层完整固结的充填体能为下分层煤层充填开采起到较好的隔水保护层作用。(3)结合相近的实际工程开采经验可知,近松散含水层薄基岩开采条件下,顶板垮落的情况下只可膏体充填开采二、三分层;四分层全部充填开采时,应严格控制采厚和开采范围,且四分层全部条带充填间歇开采时安全性最高,前三分层形成的膏体固结体可以有效抑制覆岩破坏的发展,对四分层开采起到有益的作用。