降低充填成本,提高胶结充填采矿法经济效益,是胶结充填技术得以推广和发展的前提。通过对充填材料及充填料浆配合比的研究,选择廉价的、满足生产要求的充填材料和合理优化的充填料浆配合比是降低充填成本的有效方法。本文结合某铜矿实际,开展了以“新型尾砂胶结剂”替代水泥作为尾砂充填的胶凝材料,在下向分层胶结充填采矿中的应用研究。基于试验、理论分析及数值模拟相结合的研究方法,得出以下结论:(1)通过相关力学试验,测定了新型尾砂胶结剂与全尾砂、新型尾砂胶结剂与分级尾砂,在不同灰砂比、养护时间条件下,胶结充填体的单轴压缩强度及抗拉强度。试验结果表明:在相同灰砂比、养护时间内,以新型尾砂胶结剂为胶凝材料,骨料为分级尾砂的胶结充填体强度,远比骨料为全尾砂的胶结充填体强度高。以新型尾砂胶结剂为胶凝材料,必须选用分级尾砂作为骨料;新型尾砂胶结剂在早期水化反应中水胶比过大,对其后期胶结充填体的强度没有影响。(2)参照某铜矿下向分层胶结充填采矿工艺及长期实践应用中的胶结充填体强度,结合新型尾砂胶结剂与分级尾砂,在不同灰砂比条件下的胶结充填体强度,设计了以新型尾砂胶结剂作为胶凝材料的两种充填方案,即方案一,以灰砂比1:6和1:12的充填料,按充填量1:1搭配充填整个回采断面;方案二,以灰砂比1:8充填料充填整个回采断面。通过成本比较得出,采用方案一,充填每吨尾砂胶凝材料成本可以降低9.5%;采用方案二,充填每吨尾砂胶凝材料成本可以降低8.4%。(3)结合某铜矿下向分层胶结充填采矿工艺,通过数值模拟验证了以新型尾砂胶结剂作为胶凝材料,采用方案一、方案二充填均可满足回采矿体后采场稳定性的要求。(4)将现场监测得到的爆源近点质点振动速度作为动力荷载,通过数值模拟得出,以尾砂胶结剂作为胶凝材料,采用方案一、方案二充填的顶板胶结充填体,在爆破振动条件下的动力响应特征,与以水泥作为胶凝材料,采用原方案充填的顶板胶结充填体近似;以尾砂胶结剂作为胶凝材料,采用方案一、方案二充填,均可沿用原有工程爆破设计。(5)通过水化热试验,测定了新型尾砂胶结剂和水泥水化热值,前者的水化热值远低于后者;并基于测得的水化热值,进行热力学计算分析,计算结果表明,以新型尾砂胶结剂作为胶凝材料,采用方案一、方案二充填,较以水泥作为胶凝材料,采用原方案充填,充填附近区域温度上升将减少64%左右。