为了揭示采空区垮落矸石刚度的变化规律，针对大采高综采工作面采空区矸石刚度取值缺乏依据的研究现状，自主设计和研发了矸石压缩实验装置，以灰岩、中砂岩、粗砂岩为样本，结合岩石力学伺服试验机，设计18组实验方案，按照矸石破碎→粒径筛分→样本装入实验装置→试验机压缩→清理压缩后的碎渣→再次盛装的实验步骤，测试① 岩性相同但粒径（10～20，20～25，25～35 mm）不同情况下；② 粒径组合相同、岩性组合（组合灰岩中砂岩、组合粗砂岩中砂岩）不同情况下；③ 粒径组合相同、不同单一岩性情况下破碎矸石载荷与压缩位移的关系式。然后根据相似材料实验原理，对得出的曲线关系进行转换，拟合出了采空区不同单一岩性、不同组合岩性、不同破碎程度时的矸石刚度取值公式。研究表明，当垮落带矸石产生相同的压缩位移时:① 岩性为灰岩的垮落带矸石刚度>岩性为中砂岩的垮落带矸石刚度>岩性为粗砂岩的垮落带矸石刚度；② 大粒径的灰岩矸石刚度>组合大中小粒径的灰岩矸石刚度>中粒径的灰岩矸石刚度>小粒径的灰岩矸石刚度；③ 组合岩性的矸石刚度介于两种岩性刚度之间，其中组合岩性中较硬的岩性刚度>组合岩性的矸石刚度>组合岩性中较硬的岩性刚度；④ 同样破碎情况下，矸石刚度与矸石的硬度成正比例关系