本文针对长壁工作面充填开采所面临的“高价低效”问题，以汾西矿业集团新阳矿10203工作面地质条件为依据，从材料配比优化、采场力学模型建立、充填数值模拟和充填系统构建四个角度出发，采用室内实验、理论推导、数值模拟和现场实测等方法互相结合进行了一系列的研究。首先，以长壁工作面后方条带充填上覆岩层为研究对象，受关键层理论和弹性地基梁理论启迪，提出构造充填这一概念。将长壁工作面后方充填区域划分为两个典型区域，并进一步分析了不同区域内的典型结构对采场矿压及顶板控制的影响，加深对条带充填开采的认识，促进构造充填理论的深入研究。其次，在对充填原材料进行矿物化学成分分析的基础上，采用响应面法研究了水泥、细矸率、减水剂3因素及其交互作用对膏体输送性能和不同龄期内力学性能的影响，建立了各龄期内圆柱体与立方体试件抗压强度间的线性关系，并利用满意度函数法对充填材料进行配比优化。再次，利用FLAC3D数值模拟软件，分析了不同体积充填率条件下，地表变形与工作面支撑压力的变化情况。模拟结果显示，随着体积充填率的增加，地表最大下沉值、水平移动值、水平变形、倾斜、和曲率分别由500mm、173mm、4.65mm/m、2.8mm/m和0.043X10-3/m降低到67mm、23mm、0.32mm/m、0.36mm/m和0.005X10-3/m。当采用条带法充填开采时，由于条带的支撑，推进过程中上覆岩层可能形成一定的结构，使得地表变形符合《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》的要求。最后，结合新阳煤矿10203工作面的地质条件，确定新阳矿长壁充填开采的充填能力，并根据充填能力确定了矸石破碎系统、配比搅拌系统、管道泵送系统和充填效果评价系统等技术参数和井下10203工作面顺槽快速接换管工艺。