膏体充填开采是绿色开采技术的重要组成部分,是解决煤矿开采环境问题的理想途径,是解决村庄等建筑物下大量压煤开采问题的迫切需要。固体废物膏体充填不迁村开采主要由三部分组成,即充填材料、充填设备与工艺、采动岩层充填控制理论。充填材料是膏体充填技术的核心,对充填质量的优劣、充填成本的高低以及充填开采控制地表沉陷的效果起着决定性作用。为此,论文通过实验室试验、理论分析及现场试验,对煤矿膏体充填材料的性能及应用进行了系统的研究,取得若干创造性成果。利用工作面顶板岩层变形破坏规律与理论,从保证工作面安全以及高效开采的需要出发,分析了充填体保持自稳以及及时有效支护直接顶对早期强度的要求,充填体作工作面假顶条件下保证顶板稳定性对后期强度的要求;利用条带开采煤柱承载能力计算方法,从保证充填体维持上覆岩层长期稳定性需要出发,提出了长壁间隔充填法对后期强度的要求,得出了早期与后期强度计算公式。分析了保证膏体料浆正常输送,提高充填接顶率,减小地表下沉对料浆流动性能要求。研制出以矿渣、石膏、石灰为主体质高价廉的新型胶凝材料(简称SL),介绍了SL胶结料的优点,就物理力学特性与普通水泥进行了比较,试验分析了SL胶结材料强度与细度及养护龄期的关系。通过XRD、SEM化学分析方法,对SL胶结材料的水化反应机理进行了研究,试验分析判断了早期与后期的水化产物,并对胶结料特有的亲泥性能以及在极少用量条件下具有较强固结能力进行了理论分析。对用作煤矿膏体充填原材料的煤矸石、粉煤灰、黄土的物理化学性质进行了系统的论述,提出了含泥量较大的煤矸石与劣质粉煤灰用于煤矿充填的技术途径,探讨并提出了煤矿膏体充填其它原材料的来源与解决途径。试验分析了充填材料强度、坍落度、泌水率、剪切应力及表观粘度与相关因素间的规律。针对强度与影响因素间复杂的非线性关系,应用神经网络建立了充填材料强度预测的数学模型。研究了充填材料单轴与三轴力学性能。选择正方体试件用钢质小圆柱加压试验的方法测定了膏体充填材料的容许比压,研究了不同规格试件与加压圆柱条件下柱体压入量同比压的关系以及试件的变形破坏特征。介绍了太平煤矿膏体充填系统的组成、充填工艺流程、充填开采进展情况及取得的成果与存在的问题。结合太平矿膏体工作面具体情况,提出了膏体充填材料的性能要求。对太平煤矿充填开采工作面的矿压显现、充填体质量,以及充填开采后地表沉陷规律进行了观测。分析了目前太平煤矿地表变形过大的原因,提出了改进措施。