由于能够最大限度的回采难采矿体和深部矿体,下向胶结充填采矿法已在世界各国得到广泛的应用。本文以武山铜矿北矿带进路式下向水平分层胶结充填采矿法为研究原型,首先分析影响采场围岩及充填体稳定性的控制因素,然后通过数值模拟、相似模拟试验、现场监测,研究采场开挖采场围岩变形、破坏特征及采场结构参数优化。主要研究内容及成果如下:(1)顶板充填体的变形规律主要受顶板充填体的配比控制,布筋方式、断面规格不改变顶板充填体的变形规律。(2)进路的开挖导致了顶板充填体及侧帮的应力重新分布,顶板、侧帮及底板向着临空面位移。其中,顶板充填体的位移量远大于侧帮矿体及底板的位移量;开挖进路侧帮均会因为开挖而承受支撑压力,而侧帮的角点区域压应力集中程度最严重。(3)顶板跨度和顶板充填体的拉应力呈正相关关系,跨度的变化对侧帮角点的压应力数值和范围变化不大;进路断面的高度与侧帮角点压应力范围呈正相关,高度越大,压应力范围越大。增加顶板充填体承载层的厚度有利于缓解顶板充填体的拉应力集中,但同时也应该兼顾在侧帮压应力的承载能力。(4)开挖后,顶板充填体中央及角点处易首先出现裂隙,顶板充填体质量不好的区域易出现冒落;新裂隙的产生、裂隙追踪扩展贯通、冒顶及片帮作为顶板充填体来压的体现,在生产中应密切关注;如胶结质量好的顶板出现顶板不断冒落、裂隙不断发展贯通则应引起高度重视,这往往是顶板充填体垮塌的前兆。(5)竖筋和钢筋筒的存在增加了其周围充填体的稳固性。弹性阶段水平钢丝筒的布设提高了顶板充填体的抗拉性能,但同时它也使侧帮顶角压应力增加,加剧了片帮的显现。(6)武山铜矿北矿带采场结构参数可由原来的3m×3m增大至4m×3m。以上研究成果进一步完善和丰富充填体力学理论,对地下矿产资源安全、高效、合理的回采具有重要的理论意义和工程应用价值。