传统充填法重点研究胶结充填体充填井下后自身的强度问题,而忽略了不同龄期所呈现的不同强度胶结充填体对围岩稳定性影响不同。胶结充填体与围岩共同承载能力直接影响井下采场高效安全回采和上覆岩层的变形稳定,并且充填采场受到复杂的多向应力环境,以程潮铁矿为工程背景出现了充填法与无底柱分段崩落法共同开采和确保地表选厂安全的充填采场安全高效回采的要求。为确保矿山高效安全开采,通过胶结充填体与围岩共同承载问题的研究确保接触带的稳定,进而确保无底柱分段崩落法不对充填采区的安全构成不利影响,同时通过胶结充填体与围岩的共同承载确保上覆岩层变形稳定,进而确保地表选厂安全。为此,荷载作用下充填体与围岩复合体的变形演化特征及承载能力是接触带稳定性分析和评判的关键科学问题,故采用岩石力学试验、理论分析、数值模拟试验、物理相似模拟试验和现场监测等研究手段,系统研究不同强度胶结充填体对采场围岩稳定性的影响及胶结充填体与围岩共同承载的变形演化规律问题。(1)利用安全系数云图定量表征了含随机节理围岩的变形损伤演化规律;建立了基于随机分组函数的围岩随机分布夹石的复合体数值模拟方法。针对充填体与围岩接触区域围岩应力复杂、节理发育、夹石分布较多的特点,开展了接触区域完整围岩、含随机节理和夹石围岩变形损伤的室内试验和数值模拟研究。通过系统描摹法建立了随机节理数值模型,结合色素提取软件,利用安全系数云图定量表征了含随机节理围岩的变形损伤演化规律;建立了基于随机分组函数的围岩随机分布夹石数值模拟方法,结合弹塑性理论,得到了不同节理分布和夹石含量对围岩稳定性的影响规律,为接触区域不同赋存地质条件的围岩稳定性评判提供了理论指导。(2)提出了蠕变能量积聚法,研究了胶结充填体能量积聚与释放响应,并构建了胶结充填体的失稳判据。依据胶结充填体不同龄期的变形特点,将胶结充填体划分为早期和后期。对早期胶结充填体开展力学加载变形的室内试验和数值模拟研究,结合静水压力理论处理方法,构建早期胶结充填体与围岩相互作用力学模型,得到了早期胶结充填体对围岩稳定性的影响规律。提出了蠕变能量积聚法,通过对本构拟合方程求积分和求导,引入柔化正态张量和应变能张量表征胶结充填体能量变化特点,研究了胶结充填体能量积聚与释放响应,并构建了后期胶结充填体的失稳判据。将后期胶结充填体对围岩作用简化为简支梁的力学模型,结合胶结充填体长期稳定性具有蠕变特性,将其简化为西原体模型,通过挠度计算评判简支梁稳定性。研究结果揭示了不同龄期胶结充填体通过对围岩形成不同程度的变形挤压约束机制,实现能量的传递、积聚与释放,从而影响围岩的稳定。(3)建立了损伤变量与强度占比系数关系和内部损伤破坏与超声波值衰减之间的对应关系,定量表征了充填体与围岩复合体共同承载的内部损伤规律。利用声发射仪和超声波仪监测胶结充填体与围岩共同承载复合体的变形演化特征。对共同承载复合体开展加载过程中的声发射点定位,监测声发射振铃数、声发射能量值,引入不同时刻振铃计数占全部振铃计数比值的强度占比系数,建立损伤变量与强度占比系数关系表征其内部损伤与整体稳定性的对应关系。同时借助超声波仪测试胶结充填体与围岩共同承载复合体在加载破坏前后的声波值变化,建立内部损伤破坏与声波值衰减之间的对应关系。通过复合体表壁裂纹扩展分形特征评价和软PVC塑料薄片对接触面的破坏形态进行表征和监测,理清了充填体与围岩共同承载复合体的变形演化规律。(4)研制了充填体与围岩共同承载复合体三轴加载装置,构建了复合体的多向受力模型。研究了充填体与围岩共同承载复合体在轴向加载、双向剪切加载、自研制的类三轴加载方式下的损伤破坏形式和失稳破坏特点。通过电阻应变片和应变计监测充填体与围岩共同承载复合体接触区域的应变变化特点。通过电子显微成像设备监测不同加载形式下复合体表壁裂纹萌生、扩展、汇集及贯通,利用损伤力学和分形理论建立不同破坏面裂纹的分形维数表征方法。同时开展了数值模拟研究,其结果验证了接触区域的应变值变化规律。研究成果揭示了胶结充填体与围岩共同承载时不同受力形式对其整体稳定性产生的不同影响,有利于通过采矿作业调整改变接触区域受力特点,减少对胶结充填体与围岩共同承载的不利影响。(5)选取程潮铁矿为现场工程研究对象,开展崩落法和充填法共同开采下的接触带稳定性研究。将崩落法和充填法共同开采下的接触带简化为简支梁加弹簧约束的力学模型开展挠度和位移计算,定量分析接触带的变形变化特点。利用数值模拟软件,选择程潮铁矿典型剖面,通过重点监测不同回采顺序作用下的接触带围岩应力分布及安全系数变化规律,开展接触带稳定的崩落法和充填法合理回采顺序优化研究,并结合地表沉降监测和采场地压在线监测,指导矿山安全生产。