充填开采是绿色开采的重要组成部分，目前在充填开采方面已经取得了一定的成果。粉煤灰是很好的充填材料，粉煤灰充填在控制地表沉陷、解决废弃物方面取得了一定的成就，但是粉煤灰充填材料存在着早期强度低、变形量大、坍落度小及泌水严重等一系列的问题，使地表下沉量大，工作面的排水量增加，增加排水负担，影响工作面正常生产。本文以西山煤电兴能发电厂的粉煤灰，镇城底煤矿的煤矸石和西山水泥的水泥为原材料，研究充填材料的物理力学特性及其水化过程，以掌握充填材料结构发展阶段，以期为优化充填材料配比，改善充填材料的性能提供理论基础。在对组成粉煤灰充填材料的原材料特性测试和优化配比试验的基础上，选取5种配比材料，对其早龄期的体积电阻率、孔隙溶液电阻率、水化产物、孔隙度、单轴抗压强度和弹性模量等的变化规律进行了测试，并对其相关性和水化过程进行了分析。同时，研究了外加剂对充填材料体积电阻率的影响，进而分析对充填材料水化过程的影响。主要结论为：（1）试验用的粉煤灰颗粒大于10μm的筛余量为90.4%，大于45μm的筛余量为56.7%，大于210μm的筛余量为9.4%，为等外灰，其矿物成分为石英8.3%，莫来石29.8%和非结晶相的硅铝质玻璃体61.9%，主要化学成分为SiO246.3%，Al2O328.84%，CaO7.68%，Fe2O34.24%，为活性较低的低钙粉煤灰，粉煤灰球状颗粒表面凹凸不平，呈块斑状纹理，并且附着有少量的氧化钙或白云母表面粘结物；试验用的煤矸石需要破碎处理，破碎分级为粒径均小于25mm，其中小于5mm的占50%，5~10mm占35%，10~25mm占15%，主要矿物组成为莫来石48.5%，石英36.2%和白云母14.3%，主要化学成分为SiO248.78%， Al2O321.86%， Fe2O35.38%和CaO3.87%，属粘土岩类矸石，煤矸石颗粒表面多为碎屑状和片状的堆积体，形状不规则，形成了颗粒表面凹凸不平的褶皱形貌。（2）粉煤灰充填材料的体积电阻率呈升高、降低、再升高的倾倒的Z字型变化规律。粉煤灰充填材料的孔隙溶液的电阻率呈先下降后趋于稳定的变化规律。随着粉煤灰掺量的增加，水泥掺量相对减少，可溶解的离子较少，导电性较差，电阻率相对较大。粉煤灰充填材料的单轴抗压强度和弹性模量随水化时间的延长而增大，随粉煤灰掺量的增加而降低。（3）考虑到水化开始时材料为饱和度100%的固-液两相体，将阿尔奇（Archie）公式推广并应用到粉煤灰充填材料中，根据水的体积与材料总体积的比即为材料的初始孔隙度和压汞法测得的水化1d的孔隙度，得出了5种配比材料孔隙度随时间变化的负指数曲线。（4）通过对试验结果的分析，得出了水化后期5种配比试样的单轴抗压强度和弹性模量与其体积电阻率之间呈对数相关，这一结果为快速无损预测粉煤灰充填材料的力学性能提供了一种新的方法。（5）根据5种配比材料体积电阻率及其变化率随时间的变化和水化过程中水化产物的生成，以及相关研究成果，将粉煤灰充填材料早龄期的水化过程划分为吸附期、溶解期、凝结期和硬化期等4个阶段，各阶段持续的时间长短与材料配比、水化过程中的离子浓度、孔隙度的变化及相关产物的结构形成等有关。（6）选取了4种不同外加剂，研究了不同外加剂对充填材料电阻的影响曲线，并分析了各种外加剂对水化过程的影响。通过对早期减水剂、速凝剂、膨胀剂和外加剂的复合使用，可为充填材料配比提供科学指导。