针对开采不具备合适煤层保护层的高瓦斯低透气煤层,开采上覆不具突出危险性的高含矸率煤层或合适的软弱岩层作为保护层对其进行卸压增透时产生的大量矸石,在高瓦斯低透气煤层中布置矸石充填与垮落法混合综采面,实现了矸石井下回填处理和混合综采面高效生产。本文针对矸石充填与垮落法混合综采的技术关键混合综采面设备选型配套、混合综采工艺和混合综采面岩层移动与矿压规律,在简要介绍混合综采技术原理的基础上,结合平煤十二矿地质采矿条件,采用理论分析、实验室测试、数值模拟及工程实践等多种研究方法,对混合综采面关键设备进行了选型计算和配套研究,优化设计了混合综采工艺,模拟得到了不同矸石充填段长度时混合综采面岩层移动与矿压规律。研究成果应用于平煤十二矿,取得良好效果。论文主要成果如下:(1)分析阐述了矸石充填与垮落法混合综采技术原理,提出了较为完整的混合综采三大系统,即充填矸石破碎输送系统、矸石不升井系统和混合综采面开采作业系统,同时分析总结了混合综采的技术特点和技术关键。(2)根据矸石充填与垮落法混合综采面设备选型原则与性能要求,对混合综采面关键设备采煤机、刮板输送机、充填采煤液压支架、传统综采液压支架和多孔底卸式输送机进行了选型配套,并对充填采煤液压支架、过渡液压支架等相关配套设备进行了优化设计和改造。(3)构建了矸石充填与垮落法混合综采工艺设计流程,分析了充填矸石来源,选择了井下煤矸分选方法和矸石破碎设备,确定了混合综采面开采方案,得到了矸石充填段长度与充填高度的关系曲线,并优化设计了混合综采“井下煤流矸石分选→充填段矸石破碎运输→混合综采面采煤、矸石充填及特殊地段处理”整套工艺。(4)通过数值分析的研究方法,得到了矸石充填与垮落法混合综采面不同矸石充填段长度条件下混合综采面岩层移动与矿压显现特征,并基于数值分析,得出了混合综采面矸石充填段与过渡段的合理长度。