煤矿充填材料的性能是充填采煤技术的关键。充填采煤法对充填材料在工作特性、力学特性、变形性能及泵送性能(液态)等方面提出了诸多要求。而现有的研究成果及现场应用表明,多数矿区若全采全充,就会出现原料不足的问题。采用条带充填或是构造充填虽可节省原料,但对充填材料的性能提出新的要求。本文正是着眼于材料充填采煤技术对煤矿充填材料的特殊要求,掺入不同性质的外加剂,对流变性、泌水性、抗压强度和收缩性其等进行试验,探讨外加剂对充填材料性能的优化作用。并利用数值模拟研究不同边界条件对材料管道压力损失的影响规律。按照宏观试验与微观试验相结合的思路,采用不同研究方法对充填材料性能进行优化。宏观方面,利用坍落度试验量化流变性大小,并结合流变性参数评价流变性的好坏。对掺入减水剂的充填材料进行泌水性试验,考察减水剂的减水效果。对掺入不同外加剂的材料进行抗压强度试验和干缩试验,测试不同龄期下充填材料的立方体抗压强度和干缩量。微观方面,运用热场发射扫描电镜(FEXEM)观察掺加不同减水剂28d试件的微观形貌,探究在不同减水剂影响下微观形貌的变化对宏观整体力学性能的影响。并利用能谱分析方法鉴定掺加不同减水剂的28d试件的主要水化产物。利用X射线衍射(XRD)技术对充填材料单掺减水剂、早强剂和膨胀剂后28d龄期试件水化产物进行成分分析,并分析试件断裂界面处红褐色粉末物质成分。试验过程中进行对比研究,同时结合流体力学、岩石力学和表面化学等理论知识,对试验结果进行分析和探讨。结果显示:减水剂能够有效提高材料质量浓度、各龄期(尤其是早期)抗压强度,改善材料流变性,减小泌水。尤其是聚羧酸减水剂效果明显,等成本条件下,比萘系减水剂高效、环保。早强剂Na2S04和Ca(OH)2单掺或复掺对材料材料的早强效果并不理想,Na2SO4相对来说早强效果较明显。膨胀剂MgO、Ca(OH)2单掺流变性减弱,抗压强度没有明显提高。不但没有减缩效果,反而增大了干缩率,但干缩率不超过0.2%。应用流体力学计算软件(CFD)FLUNET对煤矿充填材料不同边界条件下管道压力损失进行数值模拟计算,运用流变学理论并结合流变试验参数(塑性黏度)来研究减水剂对充填材料泵送性的影响,探讨管道压力输送过程中其他不同边界条件对充填材料泵送性能的影响。结果显示:入口速度越大,管道压力损失越大。浆体黏度越高,其压力损失几乎呈指数增长。充填材料在弯管和直管中的管道压力损失随各边界条件变化规律基本一致,但在弯管中压力损失较大。弯管的几何形状很大程度影响了材料泵送时的速度场和密度场的分布,相比之下弯管处密度增大、速度降低。