地下开采破坏了覆岩的原岩应力场，并使覆岩变形以某种方式传递到地表。地表沉陷不但会使矿区耕地减少，而且由下沉引起的地表变形会使地表建筑物发生倾斜、开裂甚至倒塌的危险，对于浅埋大采高煤层，这种现象尤为突出。目前，膏体充填开采、条带开采及置换开采是缓解地表下沉、控制沉陷的有效方法。膏体充填不仅是一种有效的减沉方法，而且还可以有效的减少矿区的矸石堆放。膏体充填材料的力学性质、变形性质决定了充填开采对地表沉陷控制效果的优劣。条带开采中合适的采留宽度不但能有效的控制地表变形，还能在保证留设煤柱长期稳定的基础上提高煤炭采出率。基于载荷置换理论的置换开采在合适的充填材料配比下不但能保证置换前后地表变形仍控制在建筑物I级允许值以内，而且能最大化的置换煤柱。论文通过实验室制备具有膨胀变形性质的膏体材料、理论分析各减沉方法的减沉机理以及针对浅埋煤矿中三种减沉方法的数值模拟研究，系统的分析对比了不同材料配比下充填开采、置换开采的减沉效果并与最佳采留条件下的条带开采进行对比。主要内容及结果如下:(1)实验室制备了具有膨胀特性的膏体材料，分析了膏体材料的膨胀率、抗压强度、抗剪强度、抗拉强度、内摩擦角、内聚力随膨润土含量的变化关系。实验表明：在膏体材料中掺入一定比例的膨润土,可以提高充填体的膨胀率，但会降低其单轴抗压强度，而且较高的膨润土掺量不利于膏体材料的和易性、流动性。当膨润土与水泥质量之比为0.6时，膨胀率达到2.25%，材料28d时的抗压强度为4.85Mpa，材料为最佳配比。(2)针对山西西部某矿的具体地质条件，采用FLAC3D模拟软件利用不同配比时测得的膏体材料力学参数对该矿18112工作面进行完全充填开采的数值模拟。结果表明：充填体接顶率在控制顶板及地表下沉中的影响大于充填体强度的影响，随着膨润土与水泥质量之比的增加，地表变形减小，覆岩垂直应力减小，覆岩破坏区域减小。当膨润土与水泥质量之比为60%时，充填体完全接顶，覆岩应力场最接近原岩应力分布，此时的地表变形最小，且均在建筑物I级允许值以内。(3)基于条带煤柱的强度理论设计了不同采留比的条带开采方案，模拟结果表明：采35m留30m时地表没有出现波浪下沉且变形均在建筑物I级允许值以内，煤柱安全系数最大，煤柱能保持长期稳定性，采出率达到53.8%。模型高度方向30m以上区域覆岩处于原岩应力状态，而该区域以下煤柱上方存在应力增高区，采空区上方存在应力降低区，并且留宽越大，原岩应力区范围也越大。留设煤柱两端边缘已破坏，应力为0MPa，从煤柱边缘到距离两端小于5m处煤柱只有残余应力，煤柱承受的最大应力均出现在距边缘5m处，煤柱中部受力最小，煤柱屈服区宽度不随采宽的变化而改变。(4)基于条带开采的置换煤柱研究表明：当充填高度达到4.5m即充填体可以完全接顶时，可将30m煤柱完全置换，此时地表下沉与置换开采前几乎相等。而当充填体不能完全接顶时，置换后地表变形值大幅增加。当留设煤柱两端各保留5m小煤柱时，充填高度由4.3m增加到4.4m，其垂直应力与置换前的差值逐渐减小，并且应力变化规律与置换前相似，此时地表变形与置换前相比稍有增加，但仍小于建筑物I级允许值，说明留设的小煤柱在充填体接顶前有效的控制了顶板下沉。