煤矿开采引起的地表沉陷对人们的生命财产安全会造成严重威胁,因此在尽可能降低成本的同时有必要对某些采空区进行充填。然而由于充填成本的限制,充填开采始终没有得到广泛的应用。而我国每年都会排放大量的煤矸石和粉煤灰等废弃物,不但对土地资源造成了浪费,而且严重破坏了生态环境。本文提出以煤矸石和粉煤灰为主要原材料并掺入少量的聚丙烯纤维来制备泡沫混凝土充填材料,对煤矿充填有积极的意义。本文的研究内容及试验结果如下:(1)首先配置浓度不同的发泡剂和稳泡剂。通过测量发泡倍数和泡沫稳定性的结果表明,当使用浓度为0.4%的十二烷基苯磺酸钠溶液作为发泡剂时,发泡效果最好,但泡沫稳定性较差;当把0.04%的改性硅树脂聚醚微乳液加入发泡剂时,泡沫稳定性最好,发泡倍数可达到23.7,满足发泡要求。(2)根据设计配比制备了相应的煤矸石纤维泡沫混凝土试块,分别研究了煤矸石掺量、纤维掺量、泡沫掺量对煤矸石纤维泡沫混凝土的坍落度、线收缩率、28d抗压强度以及干密度的影响规律,结果表明:料浆坍落度随煤矸石掺量的增多而增大,随纤维和泡沫掺量的增加而减小;收缩率随煤矸石和纤维掺量的增多而减小,随泡沫掺量的增多而增大,其中纤维掺量对控制早期收缩有明显效果;28d抗压强度随煤矸石和纤维掺量的增多先增大后减小,28d抗压强度和干密度随泡沫掺量的增加都出现降低的趋势。(3)通过研究煤矸石纤维泡沫混凝土的吸水性和应力-应变曲线,可以得出其吸水过程是一个开始吸水量增长速率较快,此后逐步趋于平缓并接近饱和的过程,并且吸水率随着煤矸石量的增加先降低而后升高;当试块达到最大应力后,残余应力仍可以保持一个较大的数值且降低缓慢,并且掺入泡沫越多,残余应力稳定性越好;通过观察试块的破坏过程,得出其破坏的本质是在受力过程中产生微裂缝并不断扩展延伸形成主裂缝并最终破坏的结果。(4)结合具体地质条件,运用FLAC3D数值模拟软件建立了数值模型。经过模拟计算获得充填开采后的地表最大下沉值和水平移动值分别是57.1mm和17.91mm,模拟控制地表沉降效果明显,最后进行了现场应用充填工艺设计并分析了材料成本。