膏体充填开采作为最重要的绿色开采方式之一,所用矸石膏体材料是以合理级配的煤矸石为主,与胶结料搅拌而成,可加入粉煤灰、添加剂改变其性能。为系统掌握矸石膏体材料力学特性,为模拟分析中充填体力学参数的确定提供参考,本文以高河煤矿矸石膏体材料为基础,进行了单轴压缩、劈裂抗拉、变角剪切、弹性模量和泊松比测试试验,对试验结果进行统计分析,主要取得了如下成果:(1)通过正交试验法9组配比共54个尺寸为100 mm×100 mm×100 mm、45个尺寸为70.7 mm×70.7 mm×70.7 mm的立方体试件和27个直径为50 mm,高为100 mm的圆柱形矸石膏体材料试件进行力学性能试验,分析了质量浓度、粉煤灰掺量和胶结料掺量对矸石膏体材料力学性能影响规律,通过响应面分析法建立了矸石膏体材料力学性能各指标影响因素的一次项和任何两个因素之间的一级交互作用项的数学预测模型。(2)矸石膏体材料单轴抗压强度与其劈裂抗拉强度、凝聚力、弹性模量可通过Origin拟合,存在良好的函数关系,并且这种关系受质量浓度、粉煤灰掺量、胶结料掺量的影响较小。(3)制备了21个尺寸为70.7 mm×70.7 mm×70.7 mm的立方体矸石膏体材料试件进行单轴抗压试验,分析了高河煤矿E1302工作面上分层矸石膏体充填材料强度随龄期增长的演化规律。(4)制备了尺寸为70.7 mm×70.7 mm×70.7 mm、100 mm×100 mm×100mm、150 mm×150 mm×150 mm、200 mm×200 mm×200 mm的立方体矸石膏体材料试件各3个进行单轴抗压试验,分析了尺寸效应度和尺寸效应律,得到了不同尺寸的矸石膏体材料试件单轴抗压强度换算系数。(5)分析了矸石膏体材料全应力应变曲线分阶段特征,构建了矸石膏体材料全应力应变曲线本构方程。(6)运用矸石膏体材料力学性能预测模型,确定了高河煤矿E1302充填开采工作面充填体力学参数,并进行了数值模拟分析,模拟结果对生产实践具有一定的指导意义,同时说明了矸石膏体材料力学性能参数预测模型的可行性。论文共有图55幅,表47个,参考文献88篇。