随着浅部资源的逐渐枯竭,深部开采将成为我们未来获取矿产资源的主要途径之一。尾砂胶结充填技术成为实现深部矿山安全、绿色、高效开采的重要技术载体。虽然胶结充填技术可以解决深部开采带来的高地压、固废处理等问题,但对于深部矿山面临的热害问题却束手无策。因此,是否存在一种采矿方法既可以解决矿山热害问题,又具备充填采矿工艺的好处?针对上述高温深井面临的热害、高地压以及固废处理等问题,基于功能性充填(Functional Backfill(FB))概念,矿山功能性充填技术研究中心通过优化传统的充填采矿技术和降温方法,提出了一种新的解决方案。具体而言,就是将冰粒作为功能体引入到传统的充填技术中,使其具有主动降温作用。这种含有冰粒的充填体的充填技术,被称为含冰粒功能性充填技术(Iced Cemented Paste Backfill Technology)。为了保证矿山功能性充填技术在深部矿山的成功应用,矿山功能性充填材料(Functional Backfill Materials,FBM)的设计与研究成为一个亟待解决的研究课题。含冰粒充填体(ICED_CPB)作为试用于ICED_CPB技术的功能充填材料,其优良的材料特性是ICED_CPB功能充填技术成功运用于实践的基础保障。因此,本文首先采用一系列测试方法对ICED_CPB的力学、电学以及声波特性进行测试研究,给出了适合于矿山运用的合理材料配比。在此基础之上,通过实时监测的方法测试了含冰粒充填体的水化过程,分析探究了冰粒对含冰粒充填体最本质的影响作用。通过本研究,可以为含冰粒功能性充填技术提供一些基础研究,同时为矿山充填实践提供指导。最终得到的主要结论如下:1.通过分析ICED_CPB微观结构发现,微观结构参数中的孔隙数、孔隙度分维值以及核磁渗透率随着冰水比(IWR)的增大呈现出减小后增大的趋势,然而孔隙圆形度则相反。2.通过分析ICED_CPB的材料宏观特性发现,随着冰水比(IWR)的增加,其电导率、声波以及单轴抗压强度均表现出先增大后减小的趋势。尤其是ICED_CPB的单轴抗压强度远大于1.2MPa,完全满足矿山充填的基本要求。本研究最佳的实验配比为灰砂比=1/4,浓度=0.76,冰水比=1.2。3.通过研究ICED_CPB的水化过程发现,ICED_CPB的水化过程类似于传统的水泥水化过程,同样可以分为溶解期、诱导期、加速期、减速期以及缓慢反应期。以温度和电导率作为表征ICED_CPB水化过程的手段,均能够较好的反应ICED_CPB实际的水化过程。具体而言,随着冰粒含量的增加,ICED_CPB内部的温度越低,尤其是最高点温度。与普通的CPB的水化过程相比,ICED_CPB的加速期明显延长,缓慢反应期相对减小。以电阻率为ICED_CPB水化过程的表征手段发现,由于冰粒的存在,ICED_CPB内部各水化阶段均明显推迟,同时ICED_CPB的电导率曲线的波动更加剧烈。4.通过对ICED_CPB水化动力学研究发现,冰粒对ICED_CPB的影响作用在超早期(≤3d)主要体现在温度的影响,这是由于一般情况下充填体内部水分含量均足够水泥完全水化;但是随着龄期的增加,充填体内部温度逐渐恒定,但水分的不断耗散导致ICED_CPB内部的水分将成为主要的影响因素。5.ICED_CPB作为一种新兴的功能性充填材料,其材料特性能够满足矿山充填的要求,具备良好的发展前景。本研究为传统矿山的工艺创新、材料研究提供了一定的借鉴。