随着矿山开采深度的逐渐加大,如何安全、高效、经济地开发矿产资源是矿物资源开发者最关心的问题。大冶铁矿尖林山矿区矿体分布高度较大,矿体形状复杂,随着开采深度的增加,继续采用无底柱分段崩落法开采可能会引起地面较大范围的沉降和塌陷,不仅破坏地形地貌,而且危及深部资源的回收。其次,矿体较为破碎,矿岩稳固性差,不利于安全生产。如果采用胶结充填采矿法将尾砂用于井下充填不但可以解决以上问题,还能解决资源短缺、达到保护环境的目的,同时还可以解决尾砂堆放占用土地资源和需要大量围护运营费的问题。为了使矿山安全、高效的生产,又把成本降到最低,因此对尾砂胶结充填材料配合比的优化研究、充填体稳定性及工程特性的研究至关重要。充填体工程特性具体表现为:充填体在流动沉降过程中的几何结构及产生的不均匀性现象,包括粒径分布不均匀和强度分布不均匀。论文结合大冶铁矿尖林山矿区矿体条件不稳定的实际开采情况和研究现状,对全尾砂胶结充填材料进行了配比优化研究,并选出了适合矿山开采条件的最优配比,而且还运用物理模型试验研究了该配比充填体在充填过程中的工程特性。主要研究内容及成果如下:1、尾砂物理化学性质测试。现场取样,通过室内试验测得全尾砂的初始干密度为1.57g/m3;全尾砂的主要矿物是氧化钙含量大于60%,其次是氧化铝、石英、氧化镁、氧化钾等,而二氧化硅及硫化物含量不高,这对提高充填质量非常有利;全尾砂粒径主要分布在4μm~110μm之间,其中值粒径d50约为16μm,因此大冶铁矿的全尾砂属于粒径较细的尾砂。2、全尾砂絮凝沉降试验。通过研究分析絮凝剂类型、单耗、浓度以及分子量对尾砂沉降性能的影响,得出采用分子量为2000万的阴离子型聚丙烯酰胺作为絮凝剂,在用量单耗10g/t,浓度0.1~0.2%时尾砂絮凝沉降效果最好,界面极限沉速为18.5cm/min,最终的沉砂浓度能达到64.6%。3、充填材料配比优化研究。通过室内充填材料配比试验,测得胶结充填试块在不同配比、不同浓度和不同养护龄期下的单轴抗压强度、抗拉强度以及内摩擦角和粘聚力,并分析在不同条件下全尾砂胶结充填体强度与影响因素的关系,然后根据同一课题组成员设计的充填体强度值2.5 MPa,以及充填料浆应具有良好的流动性能和使充填成本降到最低,推荐最优的充填配合比。最后选用的配比为浆体质量浓度65%,灰砂比1:6,该配比的充填体28d抗压强度能达到3.06MPa,塌落度值为29cm,完全满足充填工艺的要求,而且在该配比下充填成本最低,经济合理。4、采场充填模型试验研究。通过相似理论分析运用物理模型试验,研究推荐配合比充填体在充填过程中的工程特性。主要表现为充填体在充填过程中的流动沉降规律,以及在沉降过程中产生的粒径和强度分布不均匀现象。在流动方向上充填体沉降值先变大后变小然后再变大,在模型中远端的沉降量大于近端,充填体粒径呈逐渐下降的趋势,强度呈S型分布,分为强度衰减区和增强区,衰减区强度损失约14.3%,在增强区强度增加近26%。