充填开采技术是一种主动保护生态环境的绿色开采技术,在中厚煤层中应用较广,经验较丰富。但在占煤炭储量20%的薄煤层中,受到狭小采高空间等特殊条件制约,薄煤层充填开采效益差、发展进度缓慢。本文基于充填液压支架在薄煤层中应用时遇到的视距受限、充填效果低等问题,从固体充填液压支架结构上寻找突破口。在充填液压支架结构特征与基本工作原理的基础上,通过文献研究、理论设计、模拟法等研究方法,设计了一种适用于薄煤层高效充填开采的新型垂直导柱式固体充填液压支架,增加了充填开采液压支架的视距空间,提高薄煤层充填开采效果与效率。主要研究成果如下:（1）在支架设计文献资料基础上,根据薄煤层固体充填液压支架工作需求,提出了一种垂直导柱式平衡系统,用以适应薄煤层固体充填液压支架可视空间不足的问题;（2）研究了“顶板与煤壁—支架—充填体”力学模型与数值模拟联合求解顶板载荷的过程,确定了液压支架支护强度;（3）根据垂直导柱式固体充填液压支架受力特征分别分析了顶梁、平衡千斤顶、垂直导柱、推实装置、底座等力学模型,确定了支架主体结构的基本参数;（4）针对支架结构强度校核要求,利用支架内加载校核方法从四种基本工况校核方案入手,对支架结构进行强度校核,保证四种工况下支架的最大应力均在材料的屈服强度之内,同时得到支架最大应力与形变的发生位置,为进一步的结构强度优化提供了有利参考;（5）分析了工作面倾角与支架失稳的关系,采用SW软件重心测量功能,从支架的横纵两个方向分别对自由、初承、工作三个状态进行了详细的力学计算,建立了支架倾角与摩擦因素、立柱支承力的数学模型,分析结果表明:该支架适用于工作面倾角小于16°煤层条件,满足使用要求,同时满足带压移架条件;（6）考虑到支架采用液压系统控制,利用AMESim搭建支架液压系统仿真模型。基于支架控制系统设计要求,分析了不同泵流量的内泄露对立柱性能的影响,检验了支架抗冲击特性,估算了液压控制系统的压力损失,结果表明:支架各项数据均在允许范围内,为该支架液压系统进一步优化与改进提供了重要参照。