固体充填采煤技术作为绿色开采技术的典型代表,其技术创新与基础理论的深入研究既契合国家能源战略的重大需求,又是该技术自身发展的必然要求。本论文从固体充填采煤的基础理论,充填体与充填采煤液压支架协同控顶机理着手,在充填材料力学特性实验测试及现场实测分析、支架结构特征及工程应用实测分析的基础上,综合运用现场实测、理论分析、仿真模拟、数值模拟等研究方法,建立了充填体与充填采煤液压支架协同控顶的力学模型,构建了致密与非致密充填状态下直接顶的挠度方程,揭示了有周期来压类顶板条件下充填体与充填采煤液压支架协同控顶机制。同时通过构建支架三维实体模型,分析了充填采煤液压支架充填运转特性,建立了基于充填运转特性的结构设计方案评价及优化方法;建立了充填采煤液压支架控制充填体压实成形分析模型,分析了充填体致密度的影响因素,揭示了充填体压实成形机理,提出了充填体致密度工程控制方法。取得了以下创新性成果:(1)分析了散体充填材料与致密充填体应力应变特性差异,提出了散体充填材料力学特性实验测试曲线修正方法,修正了矸石充填材料的力学特性,给出了矸石充填材料“容重-弹性地基系数”修正曲线。(2)建立了周期来压型顶板条件下充填体与充填采煤液压支架协同控顶的理论分析模型,联合采用ABAQUS数值模拟软件与PRO-E仿真软件构建了充填采场开挖、移架、充填动态循环的数值模拟分析模型,揭示了充填体与充填采煤液压支架协同控顶的基本规律,即充填采煤液压支架控制控顶范围内顶板的下沉量,将顶板载荷转承至底板;充填体承受覆岩载荷,抑制顶板活动,抑制程度由充填体的弹性地基系数严格控制,弹性地基系数越大,覆岩位移越小。(3)研究了充填采煤液压支架充填运转特性的内涵,建立了基于充填运转特性的设计方案评价机制,提出了充填采煤液压支架设计方案优化的方法,整体构建了充填采煤液压支架结构“初始方案设计、设计方案优化、评价指标优选、优化方案评价、运转特性控制”的设计及评价体系。(4)揭示了充填体的压实成形机理,建立了充填体压实成形分析模型,仿真分析了充填体致密度的关键影响因素,建立了充填体充填成形时容重与充填材料初始容重、充填步距、压实角度、夯实作用次数等主控因子的函数关系式,提出了充填体致密度工程控制方法。