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充填采矿法以资源回收率高、贫化率低,能有效控制地压,特别是矿体赋存条件复杂,地表不允许塌陷,具有显著的作用。胶结充填材料跨尺度研究是深入认识其本质的必然途径,充填技术作为一种保护环境、消除矿山隐患的理想方式,已广泛应用于矿山生产实践。本文通过调配不同胶结充填材料的原料,制作不同配比的胶结充填材料,并分别进行室内微观、细观试验和宏观试验。充填材料的微观试验通过数字图像技术,量化了充填材料的孔隙特征,研究充填材料的微观结构与力学特性之间的关系;充填材料细观试验是基于SEM建立充填材料的物理尺寸PFC模型,量化表征充填材料的细观结构,研究充填材料的细观结构与力学特性之间的关系;充填材料宏观试验通过充填体的单轴抗压强度、残余强度以及弹性模量,研究充填材料的力学特性。主要研究结论如下:(1)胶结充填材料的微观结构对其强度有很大的影响。具体而言,在充填材料的发育过程中,孔隙度、孔隙数和平均孔隙面积呈先减小后趋于稳定的趋势。充填材料的强度随着微观孔径特征参数的变化而变化。(2)胶结充填材料水化产物主要有AFt、Ca(OH)2、C-S-H。随着胶结充填材料固化时间的延长,AFt和Ca(OH)2含量降低,而C-S-H含量随着固化时间的延长而增加。水化产物的含量与充填材料的强度发展密切相关。(3)基于仿真模拟软件PFC2D,根据充填材料扫描电镜图像建立了充填材料的细观结构PFC2D模型。通过对充填材料进行数值模拟试验,获得了实验室难以获得的孔隙率、配位数、接触力链等细观信息。例如,CPB的配位数随着固化时间的延长而减少。(4)由来源于香炉山钨矿的全尾砂、PO42.5水泥和水搅拌成胶结充填材料。固化3～28d后,强度迅速提高。养护28d后,充填材料的威布尔平均抗压强度为(1.06 ±0.15)MPa,随着胶结充填材料的砂灰比增加,残余强度逐渐降低,两者呈负相关关系,充填材料的强度和弹性模量存在线性关系,但比中经验关系式中的系数值小。