矿井在深部开采过程中面临着保护层排矸量大、辅助运输困难、地表无排放空间以及矿区环境污染严重等一系列矸石处理工程难题。常规全断面固体充填采煤技术因其在岩层移动控制、矸石消耗和环境保护方面的技术优势得到了大规模推广应用。本文基于固体充填采煤与传统垮落法综采技术,提出了充填协同垮落式综采技术方法,旨在充分发挥固体充填综采消耗矸石和传统垮落法综采高产高效双重技术优势,实现了生态脆弱矿区煤炭资源安全高效绿色开采,成功丰富并拓展了固体充填采煤技术及应用范畴。本文在简要阐述协同综采技术原理和特征的基础上,采用实验室测试、物理模拟、数值模拟、力学分析以及工程实践等多种手段相结合的研究方法,基于协同综采面特有的采空区部分充填部分垮落围岩结构特点,系统分析了充实率及充垮比因素对协同综采采场充填段、垮落段及过渡区域覆岩移动和矿压显现的影响规律,揭示了协同综采面矿压控制机理,主要取得了以下创新性成果:(1)基于矸石充填物料压实特性,采用物理模拟方法研究了不同充实率条件下协同综采面覆岩移动和裂隙发育规律,分析了协同综采面三类非对称性覆岩空间结构特征;揭示了协同综采面过渡区域覆岩倾向砌体结构及其形成机理,通过理论计算得出协同综采面过渡区域影响范围约6m。(2)设计了充填体动态更新参数模拟方法,采用数值模拟方法分析了充实率及充垮比主控因素对协同综采面充填段、垮落段及过渡区域覆岩变形和围岩应力分布影响特征,揭示了协同综采面矿压显现基本规律,重点分析了过渡区域矿压影响特征。(3)建立了协同综采面覆岩基本顶局部弹性地基薄板力学模型,设计了基于Galerkin解析法模型求解流程;推导了覆岩基本顶挠度方程,揭示了协同综采面基本顶破坏机理以及局部“C-X”破断特征。(4)提出了充填协同垮落式综采技术方法,设计了协同综采工程设计方法与流程,并成功进行了工业性试验,取得了良好的工程应用效果。