安全环保高效地回收煤炭资源,且广泛适用于保水开采、“三下”开采等特殊开采环境,并能有效地控制地表沉降,对国家能源安全、生态环境安全及煤炭企业经济成本控制等具有重要的意义。传统长壁采煤法控制地表沉降效果有待提高,传统条带采煤法存在回采率低等缺陷,完全充填开采具有生产成本高等缺陷。若能将上述传统采煤方法的优点结合,尽可能规避其缺陷,产生一种新的地下支撑方法和采煤方法,则可进一步提高我国煤炭开采水平。鉴于此,本论文提出了“预应力矸石混凝土柱支撑体系”并进行了系统的研究;另外以煤矸石混凝土支撑材料研究为基础,综合采用理论分析、数值模拟和相似模拟结合的方法,对其对应的采煤方法进行了系统的研究。本论文主要研究内容与结论如下:（1）系统深入地研究了我国采煤方法、充填开采、充填材料的技术特点与发展现状,提出了利用预应力间隔高强度人工材料构筑支撑体系,与关键层覆岩联合支撑,从而最大限度避免顶板下沉的新型地下支撑体系。（2）研究了预应力矸石混凝土柱支撑体系采煤方法、预应力施加方法及预应力矸石混凝土柱支撑采煤覆岩变形规律。通过对大同矿区条带式开采历史资料的分析,结合理论分析,研究了预应力矸石混凝土柱宽度与最大留设间距。（3）通过配比试验,研究了矸石混凝土的制备方法。选择煤矸石作为混凝土骨料,以C20混凝土为强度指标,对其试样的流动性和力学性能进行试验研究,获得了C20矸石混凝土最佳配比方案。（4）进行了矸石混凝土矿井水浸泡试验和长期蠕变试验,结果表明其长期强度满足间隔支撑采煤技术要求。得到了矸石混凝土柱在蠕变和酸性采空区积水化学耦合作用下的变形规律。（5）采用有限元数值模拟方法,研究了矸石混凝土支撑柱宽度和控顶区宽度组合方案的矸石混凝土柱、顶板上覆岩层和地表的垂直、水平位移和应力变化特征。通过对各方案进行了安全性分析,结果表明:“5m预应力矸石混凝土柱支撑柱——15m控顶区”方案的经济性和可靠性均较优。（6）利用三维相似模拟试验,研究了预应力矸石混凝土柱支撑采煤工作面上覆岩层的时效应力、位移变化特征。结果表明,“5m预应力矸石混凝土柱支撑柱——15m控顶区”方案,基本顶未发生较大变形,回采完毕后混凝土柱完好,地表基本未发生沉陷。上覆岩层的应力与位移随时间趋于稳定。（7）以同煤集团四老沟矿为例,进行了预应力矸石混凝土柱支撑采煤方法的工业应用研究。以矸石混凝土长距离输送为标准,研究了矸石混凝土制备与管道输送系统。对预应力矸石混凝土柱支撑采煤方法进行了综合的技术经济分析。结果表明,从延长矿井服务年限、采出遗弃煤炭资源等全方位分析,预应力矸石混凝土柱支撑采煤方法具有巨大的经济与社会效益以及广泛的推广价值。