高品质高炉矿渣资源已得到充分利用,目前成为一种宝贵的二次资源,在某些地区面临供不应求的局面。与之相比,钢渣、铜选尾砂等低品质固废不仅活性低,而且还潜在不安定性因素,导致资源利用技术难度大,经济效益差和利用率低。随着我国进一步加大环保力度,大力推进充填法采矿和绿色无废开采,全尾砂充填采矿技术逐步得到推广应用,从而为低品质固废资源化利用提供了难得机遇。为此,本文开展低品质多固废在充填采矿中利用研究。本文基于高低品质固废协同激发制备胶凝材料,低品质固废协同制备混合骨料的技术途径,从微活性、细骨料改性两个方面,开展胶结充填体强度研究,由此获得了不同的绿色充填胶凝材料和混合骨料优化配方。在此基础上,开展充填料浆流变特性以及管输阻力研究,从而为低品质固废在充填采矿中应用奠定了基础。本文主要研究内容以及成果如下:首先,以全尾砂充填矿山为工程背景,利用微活性钢渣、脱硫石膏和粉煤灰等低品质固废,开展低成本和高性能充填胶凝材料研究。由此获得了钢渣基全固废充填胶凝材料,其充填体28d强度达到水泥的1.4倍,满足阶段嗣后充填法采矿一步采场强度要求;大掺量钢渣(50%)胶凝材料的充填体强度也满足二步采场充填体强度要求,胶凝材料中低品质固废利用率达到70%以上,其成本仅为水泥的50%。粉煤灰基充填胶凝材料胶结充填体强度满足矿山充填采矿要求,其成本比当地的42.5水泥降低了 70%以上。其次,开展了大掺量低品质固废充填胶凝材料的水化机理研究。采用XRD、TG/DTG、SEM电镜扫描及压汞实验等手段,研究揭示了不同矿物组分对其水化产物、微观结构以及充填体孔隙发育的影响。结果显示,不同配比胶凝材料水化产物的差异对胶结体强度贡献区别不大,其胶结体强度的差异性主要取决于孔隙结构,而阈值孔径能够合理的表征胶结体强度优劣。第三,开展了无活性铜选尾砂固废对粗骨料的改性研究。针对不同铜选尾砂掺量,开展了混合骨料的粒径级配分析以及胶结体强度试验。基于混合骨料密实度和水灰比对胶结体强度的影响,建立了不同龄期掺铜选尾砂混合骨料胶结充填体强度模型。在此基础上,以充填料浆胶结体强度及管输特性要求为约束条件,建立了废石-铜选尾砂混合骨料充填料浆性能优化决策模型。采用粒子群算法求解获得废石-铜选尾砂混合骨料充填料浆优化配比。其充填料成本比棒磨砂骨料降低了 30.5%,满足金川矿山下向分层进路胶结充填法强度和自流输送要求。第四,开展了低品质固废胶凝材料及混合骨料制备的充填料浆流变试验研究,并计算料浆管输沿程阻力。充填料浆流变数据符合宾汉姆模型。可采用Swamee-Aggarwal方程预测沿程阻力。预测结果表明,钢渣基全固废及粉煤灰基胶凝材料充填料浆的管输沿程阻力均小于水泥充填料浆。粗骨料中掺入低品质固废细骨料显著提高了充填料浆的流动性及稳定性。最后,开展了掺低品质固废的混合骨料充填料浆管输数值模拟及半工业、工业试验。基于充填料浆工作特性试验,获得了低品质固废的最佳掺量及其对料浆工作特性的影响;采用颗粒-流体两相流数值方法,模拟了混合骨料充填料浆的管输特性,揭示了低品质固废作为细骨料对料浆流动性的影响。通过L管试验和工业充填试验,分析了掺低品质固废的混合充填料浆沿程阻力变化规律,建立了充填料浆参数与沿程阻力的数学模型,基于模型预测的相对误差≤4%。本文从低品质固废开发胶凝材料和作为细骨料两个方面,开展其在充填采矿中的利用研究,为低品质固废资源化利用探索出一条途径。