在下向分层充填的过程中,充填体强度及其接顶效果是考量料浆品质的两大重要指标。充填体的强度与接顶性直接制约矿山开采的进度、影响采场的安全与稳定。超声导波检测技术具有便捷、无损的特点,可作为矿山充填强度检测的新手段;泡沫混凝土具有高流动性的特点,可作为金属矿山采空区的充填材料。本文以超声导波理论为指导,通过室内试验,对下向分层充填人工顶板的强度及其声学特性进行研究。同时,对泡沫充填体中发泡剂的种类及添加量进行了优化,并对其充填接顶效果进行了试验研究。得出以下主要结论:(1)采用实验模拟的方法对波导杆和充填体-钢筋体系的声学参数进行研究。实验模拟的结果显示,在不同频率时波的传播速度、波的衰减特性均不同。在充填体-钢筋体系中存在最佳激发波,激发波的周期数为5、频率为30kHz,它能使反射波最明显、最易表征出强度与波速、衰减的关系。(2)分析了特定频率(30kHz)下,纵向导波在充填体-钢筋体系中的传播规律,结果显示,充填体-钢筋体系的波速、衰减和充填体的强度直接相关。随着充填体强度的增大,纵向导波在充填体-钢筋体系中的传播速度呈指数递减趋势,衰减呈指数递增趋势。试验数据经处理后得到了波速、衰减与充填体强度的拟合方程,为实现采场人工假顶的强度检测提供了参考依据。(3)通过对两种类型发泡剂的稳定性进行试验研究,探讨了两种类型发泡剂的稀释倍率、发泡倍数和沉降量变化规律,测试结果显示B型发泡剂比A型发泡剂的性能更为稳定。然后,采用胶砂流动度测定仪对泡沫料浆和普通料浆进行流动度测试,探讨了发泡剂添加量对流动度的影响,料浆浓度对流动度的影响,结果显示,发泡剂对充填料浆的流动度有提高的作用,并且随添加量的增加,料浆流动度呈递增趋势。当充填料浆中添加1.5%的发泡剂时,在保证流动度和强度变化不大的情况下,料浆浓度可由75%提高至79%。(4)建立分层充填模型,对泡沫料浆的接顶效果进行室内模拟研究。研究结果显示,在充填料浆中加入发泡剂,充填料浆液面与水平面之间夹角的正切值由0.0064降低至0.0029。因此,加入一定量的发泡剂能够有效地改善充填接顶的效果。