本文基于陈蛮庄矿3410工作面工程概况,采用理论分析、室内试验、数值模拟和现场测试等综合性研究方法,对膏体充填体力学特性及深井中厚煤层覆岩稳定性开展研究,最后进行了工程实践,为类似条件下工作面充填开采提供了技术与理论指导。主要研究成果如下:(1)结合长壁工作面充填开采覆岩运动规律,建立了长壁充填工作面覆岩结构力学模型,获得采空区充填体荷载,并通过理论计算获得适用于陈蛮庄矿3410工作面膏体充填体的早期强度和后期强度。(2)通过单轴压缩试验和单轴分级加载蠕变试验,分析了膏体充填体瞬时及长期力学行为,研究发现在养护龄期一定的情况下,膏体充填体抗压强度、弹性模量与灰矸比呈正比关系;当灰矸比一定时,膏体充填体的抗压强度和弹性模量与养护龄期呈正相关。此外,膏体充填体蠕变力学特性不仅受到应力水平影响,而且与灰矸比有关。灰矸比越小,膏体充填体强度越小,充填体更易进入加速蠕变阶段。(3)针对膏体充填体蠕变力学特性,改进了 Burgers蠕变模型,通过FISH语言将所建立的本构模型嵌入FLAC3D数值分析软件;依据陈蛮庄矿3410工作面采掘地质条件,进行了数值仿真分析,发现充填工作面上覆岩层塑性区、下沉量、工作面两侧垂直应力峰值与充填体蠕变强度呈反比关系,工作面垂直应力与充填体蠕变强度呈正比关系;随着充填后时长的增长,覆岩塑性区发育幅度和下沉幅度与充填后时长成反比,工作面垂直应力、工作面两侧垂直应力峰值与充填后时长呈正比关系。(4)针对陈蛮庄矿3410工作面实际开采技术条件,进行了膏体充填实践,并通过采空区顶板下沉位移计监测发现,3410工作面充填后顶板下沉量较小,最大下沉量仅为0.42m,顶板岩层以弯曲下沉为主,控顶效果好;通过工作面充填体应力监测结果发现,工作面充填体应力变化趋势和充填工作面顶板下沉变化趋势基本一致,工作面充填体最终应力保持在20MPa;另外,工作面1200m处充填完毕9个月后地表沉降最大值为133mm,下沉系数为0.048,走向方向和侧向方向水平位移最大值分别为53mm、70mm,说明膏体充填体长期强度能够有效控制地表沉降、保护地面生态环境和地表建筑物。