随着我国煤矿高强度、粗放式开采,因煤层开采造成的煤矸石占压土地、地表建筑物损害等问题越来越突出。矸石充填开采技术是绿色采矿的重要发展方向,不仅可以解决煤柱回收与地面矸石堆放问题,还可以控制地表移动变形。矸石充填开采覆岩变形破坏机理的研究对充填开采推广应用至关重要。为此,本文综合采用室内试验、数值模拟、理论分析和现场探测相结合方法,揭示了采空区充填开采控制覆岩变形破坏机理。主要结论如下:(1)系统研究充填矸石物理力学特性,通过室内压缩试验测试获得了矸压实特性及流变特性。研究得出矸石的应力-压缩率曲线整体上呈现对数规律分布,矸石变形模量与应力近似为线性关系,变形模量随着应力的增大而不断增大。(2)采用FLAC3D数值模拟方法,对比研究了充填开采覆岩应力分布及变形破坏规律,揭示了充填开采覆岩动态损伤演化规律。采空区矸石充填对控制覆岩变形破坏有重要作用,采用充填开采后覆岩塑性破坏高度降低达63%。顶板沉降量约占传统综采的60%。充填体压缩过程中产生反作用力给围岩,改善了围岩的应力状态从而提高了围岩自身强度及承载能力,减缓了矿压显现程度。(3)通过建立薄板力学模型,考虑了充填矸石对顶板的支撑反力,推导了充填矸石对覆岩变形的挠曲面方程,揭示了采空区矸石充填控制覆岩变形破坏机理。并利用简化的弹性地基梁理论分析走向剖面岩层移动变形问题,并对影响覆岩变形效果的弹性地基系数、充填体欠接顶量进行了定量分析。(4)在矸石充填开采顶板沉降及覆岩变形破裂连续监测的基础上,分析了充填开采顶板沉降规律及覆岩变形破坏特征。实测顶板沉降值约占采高的12%,工作面煤壁后方20m后顶板下沉接近最大值。随着工作面推进,上覆岩层出现破裂离层现象,覆岩裂隙发育高度约占采高的6倍。研究表明采空区采用矸石充填后,充填体通过阻止下部顶板的变形和位移限制了覆岩的进一步移动。