近年来,充填采矿以其独特优越性,在矿产资源逐步转向复杂条件下的“三下”难采矿体、高应力环境下的深部矿体的开采过程中,得到了更为广泛的发展和应用。充填挡墙作为充填料的封堵构筑物,由于充填物料性态复杂且随静置时间延长其力学特征也在变化、空区形态各异且通道多,因而挡墙布设数量多、成本高且存在严重的安全隐患,使之成为充填工艺中亟需解决的工程技术难题。目前,针对充填挡墙设计强度,国内外矿山对挡墙强度和充填工序等要素做了大量的理论研究和试验,形成了工程类比法和实践经验法,因为没有全面考虑充填工作条件和胶结充填料的性质,其设计值往往偏高,致使挡墙结构冗余,成本较高;且缺乏充填挡墙结构设计与稳定性计算。事实上,含水充填料复杂的物理力学性质,充填工艺的差异以及挡墙特殊的功能和安全要求,使得合理设计挡墙强度和结构,较为困难。针对挡墙强度设计不足:本文通过研究大量文献和充填料的基本力学性质,指出采场充填集料的含水量、内摩擦角、与挡墙和围岩间的摩擦、初次充填高度、充填循环和布设位置等因素,对挡墙强度和结构的设计和优化较为关键。在此基础上,将充填料在工艺和时序上统分为理想液态、无粘性理想散体和粘性散体等三种状态,以不同状态下,充填集料受挡墙束缚作用,考虑不同边界因素,根据静力学、极限或滑切平衡条件,分类建立了挡墙强度计算模型。结合挡墙高度,分为不同充填工况;结合充填循环次数,分为当次和多层充填。对挡墙受填料作用的主动压力、主动总压力和作用点等,进行详细了推导计算。其中,①针对非胶结水力充填工艺下的进路式、分层式和阶段嗣后式充填挡墙,分别建立了强度计算模型;②针对胶结充填工艺下进路式、分层式和阶段式充填挡墙,分别建立了强度计算模型;③针对干式碎石充填工艺下分层式和阶段嗣后式充填挡墙,分别建立了强度计算模型。对于以上模型,根据矿山填料的实际性质和充填条件,进行相应选用,可实现挡墙强度的合理计算和优化。针对结构设计不足:通过总结文献和相关规范,归结了矿山充填挡墙设计流程,对矿山常用的刚性挡墙(包括混凝土挡墙、钢筋混凝土挡墙)、重力式挡墙(主要是砌砖挡墙)、新型柔性挡墙(主要是锚杆柔性滤水挡墙)等三种形式结构的充填挡墙,分别建立了详细的结构、材料、稳定性验算设计;对墙体材料、施工技术规范等给出了相应的参考标准。为分析挡墙的真实受力情况和验证模型算法,在某铜矿空场嗣后充填采矿法采场进行了工程试验。通过制作采场模型,进行了两次半工业试验,对文中强度模型进行了分析验证。总结经验,并对435中段某采空区底部挡墙,进行了实测试验,并与理论强度模型计算值,进行了对比分析。发现:①选择合理的参数及模型公式对充填挡墙强度设计,较为关键;②矿山现行强度计算模型较实测值偏大40-60%,本文理论强度模型公式5.44计算值偏大10~20%,更为符合该铜矿水砂嗣后充填挡墙强度计算;③在充填高度达到35m后,实测值趋于稳定,而模型公式5.44在考虑底部充填因素中认为充填高度30m后,强度值趋于稳定,两者较为接近。④本文模型公式5.44符合该采场挡墙实测规律,并对其相邻采空区底部挡墙进行强度和结构设计,对比认为采用钢筋锚杆柔性滤水挡墙,安全、简便,不仅可改善充填体滤水,还能够提高充填效率、节约挡墙构筑成本。可作为该铜矿试验及推广的优化方案。本文较为全面、系统的建立了充填挡墙强度计算模型和充填挡墙结构设计模型,为大量采用充填采矿法的矿山,奠定了充填挡墙设计的理论支撑,并在工程应用中提供了一定的优化措施和技术指导。