我国大多数地下矿山都存在大量未处理的采空区,这些采空区的体积达到一定规模,采空区的稳定性难以保证,空区将发生破坏,甚至诱发地表大规模塌陷,造成矿山事故,给矿区人民的生活带来巨大影响,同时给矿区未来的开采工程留下巨大隐患。为了研究采空区顶板的破坏原因、确定合理的安全开采尺寸,以及怎样安全治理采空区,本文以内蒙古炭窑口采空区为例,主要作了以下几个方面的研究:首先,通过现场钻探取样进行岩石力学参数测定,以及对矿层、围岩工程地质条件的综合评价。再采用物探方法探明了采空区的规模大小、赋存位置,为后续采空区的力学模型分析和数值模拟分析提供参考依据。其次,研究了空区顶板主要的破坏模式及对应的产生条件和破坏特征。基于弹性力学基础知识和第一强度理论,推导了顶板挠度与荷载、厚度、跨度等参数之间的关系式,并研究了采空区顶板的三种力学模型,结合炭窑口采空区的实例评价采空区顶板的稳定性。然后,采用颗粒流方法建立不同类型采空区的数值模型,分析顶板厚度、开采跨度对空区稳定性的影响及多个采空区的相互影响。在此基础上,提出了在不同顶板厚度下采空区安全开采跨度的确定方法,并对内蒙古炭窑口采空区的顶板厚度与安全开采跨度进行了界定,为下一阶段矿体的安全开采提供理论支撑。最后,详细地研究了金属矿山采空区的四大类治理方法(封闭法、崩落法、充填法、加固法)的优缺点,以及各类方法的适用条件。并结合炭窑口采空区的现状提出不同治理方案,通过比选确定出了分区注浆、充填加固的方法。并通过钻芯取样加固区域内的岩体和模拟开采1150中段矿体,评价加固后采空区的稳定性。