煤矸石是煤矿生产过程中排放的主要固体废弃物,而固体废料的处理一直是制约煤矿高效生产的主要问题之一。随着生产工艺的进步,聚合物固体及其溶液凭借其优良的性能得到了越来越广泛的应用。利用聚合物流动性好、粘结性强、在一定条件下具有溶胀性这些优点,将矸石与聚合物掺混制备成矸石聚合物充填材料,不仅解决了煤矸石废弃物带来的社会问题,并且凭借聚合物的优异性提高了矸石充填体的密实度、强度,降低了充填体的承载压缩率,为深部高应力条件下充填效果提供强有力的保障。本文在聚合物筛选、设计侧限压实试验装备及理论分析的基础上,利用室内试验测试并结合细观数值模拟等研究手段,测试分析不同聚合物-矸石充填材料承载压缩特性的影响因素,研究了充填体在蠕变条件下的变形规律,并构建矸石充填体压实变形颗粒流柔性簇数值模型,揭示了试样压实变形的细观演化规律。取得的主要研究成果如下:(1)根据矸石材料性能及试验要求,在分析聚合物本身及应用特性的基础上,选取丁苯乳液、氯丁乳液及丙烯酸酯作为测试不同矸石-聚合物充填材料承载特性所用聚合物。基于规范及矸石级配分布设计了测压系数、安全系数及尺寸满足要求的压实钢筒。(2)根据设计的矸石聚合物充填材料压实力学试验方法,确定了试样的合理组份配比,测试了不同聚合物种类及掺量对矸石充填体承载压缩率的影响特性,分析了不同影响因素作用下矸石充填体的应力应变曲线及变形模量变化特征。(3)进行了不同聚合物掺量下矸石充填体的侧限压实蠕变特性试验,分析了不同聚合物掺量下矸石充填体的侧限压实蠕变特性。分析矸石聚合物充填材料在不同应力水平下的蠕变变形、瞬时变形特征,基于试验结果揭示了矸石聚合物充填材料在不同聚合物掺量条件下蠕变曲线的变化规律。(4)利用颗粒流软件建立了符合室内试验性状的柔性簇充填体数值模型,基于数值压实试验分析了充填体模型压实变形、颗粒破碎及力链裂纹形态演化特征,揭示了矸石聚合物充填材料压实变形细观机理。该论文有图48幅,表20个,参考文献98篇。