在现有技术水平支持的条件下,地下矿体的开采主要为对于矿石的合理开采。充填采矿法作为处理矿山空区的重要方法,其稳定性对于井下工作人员的生命安全以及生产实践有着重要的影响。基于降低充填成本和进行充填体强度设计的要求,本文以某铜矿-340m中段试验采场作为研究对象,运用二步骤方式回采矿体。论文结合国内外资料、理论分析以及数值模拟的手段,进行了配比试验研究和强度优化设计分析,主要的研究内容以及成果如下所示:1、对于该铜矿本文开展了对于不同灰砂配比材料的相关试验,包括不同配比材料3d、7d、28d的抗压和抗拉强度测试试验,从而得到了该矿材料配比的具体力学参数,通过极差分析以及响应面分析,确定了材料强度影响因素的重要程度。为第三章充填体自立强度的确定提供了数据。2、对于国内外充填体强度的设计模型进行分析以及计算,并且分析各模型的优缺点以及适用条件,结合相关参数从而确定矿柱的合理强度需求。通过充填体的能量分析理论以及建立“平衡拱”力学模型,为采场稳定性的维护提供了理论依撑。对于采场跨度的合理性,本文采用尖点突变理论进行分析,从而确定采场跨度35m的合理性。3、应用FLAC₃D软件对于采场-340m中段采场进行了模拟设计,并提出了5种灰砂配比优化方案,从应力变化、塑性区分布、位移变化等方面分析了采场的稳定性以及充填体的应力变形分布,初步确定了合理方案。并结合AHP和FCE构建了综合评价的层次模型,最后通过在多因素的角度下确定最优方案,为矿山充填体的强度配比设计提供了一定的指导意义。