在大面积采空区残矿回采中,易出现充填能力较小与待充填空间体积较大的不匹配现象,从而导致充填体在形成过程中是逐层分次充填浇筑而成,即形成薄层结构充填体。薄层结构充填体的强度是影响采空区治理效果的关键因素之一,然而传统的研究将料浆流入采场后至形成强度的过程视为黑箱,主要关注标准养护下的28天强度,忽视了薄层结构充填体的充填工艺和养护条件影响,导致薄层结构充填体实验强度与实际强度间存在较大偏差。为了提高薄层结构充填体强度预测准确性,以香炉山钨矿大面积采空区充填治理为研究对象,基于薄层结构充填体的充填工艺和多场养护的条件,围绕充填料浆分层流动特征、薄层结构效应对充填体强度的影响、多因素养护下薄层结构充填体强度预测模型和充填体强度设计方法四方面开展实验研究和理论分析。完成的主要研究如下:（1）查明了香炉山钨矿开采现状及采空区赋存状态。对香炉山钨矿大面积采空区进行了现场调查,查明了香炉山钨矿大面积采空区及矿柱等残矿资源分布特征,基于高宽比对采空区与矿柱形状进行了分类,分析了香炉山钨矿大面积采空区下残矿回采工艺,明确了香炉山钨矿大面积采空区充填技术现状,总结香炉山钨矿大面积采空区治理与残矿回采过程中存在的主要问题。（2）开展了薄层结构充填料浆流动堆积特性实验研究。通过薄层结构坡面流动实验,将屈服应力引入McPhail能量耗散理论,提出了基于流变特性的充填料浆流动坡面角度预测新模型,验证了新模型有效性。采用激光粒度仪,查明了流动方向和垂直方向上的料浆粒度分布规律,为揭示薄层结构效应对充填体强度影响机制奠定基础。（3）开展了薄层结构充填体力学性能实验研究。通过薄层结构充填体力学实验,探明了薄层结构效应对充填体强度、变形特性和破坏特征的影响规律;建立了充填体的离散元数值计算模型,通过数值模型计算,研究了薄层结构效应下充填体的数值破坏特征,揭示了薄层结构效应对充填体力学特性的影响机制。（4）开展了原位养护条件下充填体强度演化实验与机理研究。借助扫描电镜、热重-差热分析和压汞仪等手段获取原位养护条件下充填体的微观形貌、水化产物和孔隙特征,明确了原位养护条件下充填体的强度演化规律,揭示了原位养护条件下充填体强度的响应机理;基于正交实验,研究养护压力、薄层结构数量、质量浓度和排水条件对薄层结构充填体强度的影响,构建了考虑养护压力、薄层结构数量、质量浓度和排水条件的充填体强度预测模型。（5）研究了大面积采空区治理与残矿回采充填体目标强度设计方法。基于高宽比的概念,对大面积采空区进行分类,并引入形状因子和拱效应改进了传统Mitchell模型,分析考虑空间形状的充填体自立强度需求;进一步考虑支撑围岩、作为工作平台、爆破等采矿工艺对充填体强度的需求,最终提出大面积采空区治理和残矿回采协同机制影响下的充填体目标强度计算方法。（6）针对大面积采空区中充填体的强度演化规律不明,将本文的研究成果应用于香炉山钨矿大面积采空区治理与残矿回采中,提出香炉山钨矿大面积采空区分类分级充填治理方案,对充填体配比进行优化,提出减少薄层结构效应相应的工程措施,并对其应用效果进行分析,结果表明采空区治理与残矿回收达到预期目标。