膏体充填开采技术作为一种环境友好型绿色开采技术,是一种将劣质土、工业炉渣、矸石或尾矿等作为骨料,经加工成所需小粒径物料,再与胶结料、矿井水、粉煤灰等按照合理配制比搅拌制成膏状充填材料,然后采用自重输送及泵送的方式输送到待充区,充填材料凝结后逐步控制顶板下沉,形成“膏体充填支架—充填体”围岩支控体系,从而控制顶板形变及地表沉陷的采煤技术。该技术能够安全高效回收“三下”压煤资源,同时保护矿区生态环境。膏体充填支架作为围岩支控体系的关键一环,其支护强度的设定直接影响顶板运动及矿压显现,也间接影响了资源回收率及生态环境保护效果。本文以高河煤矿膏体充填开采为研究背景,根据膏体充填工作面支架、充填体、煤体构成的覆岩支控体系,基于弹性地基梁理论,建立了膏体充填支架与围岩关系力学模型,推导得到充填工作面顶板岩梁挠曲微分方程,分析了岩梁在支架、充填体、煤壁共同作用下的移动变形及矿压显现规律,并探讨了不同因素变化对顶板的影响。研究表明,支架弹性地基系数、充填体弹性地基系数、充填体接顶前顶板下沉量为顶板下沉主要影响因素,并给出了支架弹性地基系数与支护强度间的函数关系。根据高河矿采矿地质条件,运用FLAC3D数值模拟软件建立了膏体充填分层开采模型,模拟研究了不同支护强度下采场顶板、充填体假顶移动变形及矿压显现规律。综合分析上分层工作面顶板位移场及应力场,当充填率为97%时,支护强度超过0.6MPa后支架控顶效果明显减弱。再根据FLAC模拟所得采场应力条件,建立了膏体充填支架三维模拟模型,利用SW simulation有限元静力学分析模块,研究了不同支护强度下充填支架顶梁、立柱、隔离组合体力学响应特性。研究表明,当支护强度大于0.6MPa时,立柱各级缸进入应力减缓区,其应力状态不再随支护强度发生变化,从支架力学特性角度印证了FLAC模拟结果。该论文有图94幅,表12个,参考文献89篇。