金川集团有限公司是我国最大的镍钴生产基地,公司下属三大矿山均采用下向进路式胶结充填采矿法。随着矿山生产能力加大,公司的充填骨料存在较大缺口,2007年棒磨砂缺口达20万吨以上。由于全尾砂胶结充填存在强度低、水泥耗量大等缺陷,矿山不得不寻求新的充填骨料。本项研究通过充分利用金川矿山井下产生的废水、废石、全尾砂等,将井下废石破碎到一定程度,与胶结剂、外加剂等进行有机组合,配制成能够满足下向胶结充填人工假顶强度要求的废石混凝土,研究适应于矿山井下充填的废石混凝土膏体的制备工艺、强度和流变特性及其多因素影响规律,为充填管输系统沿程阻力损失计算及系统设计提供理论依据和设计支持。研究以胶结体单轴抗压强度R₃≥1.5MP、R₇≥2.5MP、R₂₈≥5MP为目标进行了强度试验、室内流变试验、可泵性试验等。应用多元素线性回归法,得出了强度方程,直观、量化地讨论了料浆浓度、水泥耗量及废石尾砂比对料浆强度的综合影响,得出料浆浓度和水泥耗量是影响充填体强度的主要因素,提高料浆浓度是提高强度的有效办法。根据流变试验结果回归出了料浆的流变方程,得出料浆流变模型属于具有屈服应力的伪塑性体。应用多元素线性回归法讨论了各因素对流变参数的影响,得出对初始应力影响最大的因素为料浆浓度,且随浓度的增大而增大;粘度系数K随着浓度的增大而增大,而随着废石尾砂比的增大而减小,但是废石尾砂比的影响要比浓度的影响小,为后期料浆管道输送试验及工业设计提供了有力的依据。通过试验研究,优选出了成本最低且符合金川矿山充填体工艺强度要求的合理配合比。当废石充填料浆重量浓度范围在77%～80%之间,水泥耗量达到260kg/m³,废石和尾砂配比为6.0:4.0～6.5:3.5是最优配比,试块强度满足要求;塌落度为19～23cm,满足可泵性要求;废石料浆充填体强度高,无分层现象,比矿山现用棒磨砂、分级尾砂充填工艺中水泥用量减少50～70Kg/m³。废石破碎成本低、运距短、集料容易,充填成本与金川矿山现用棒磨砂、分级尾砂充填成本相比,单就材料成本降低31～36元/m³。将矿山采掘废石用于空区充填的虽然已研究应用多年,但是在采用进路式胶结充填采矿法的矿山,将井下废石就地破碎后,利用井下的工程废水,添加工业细颗粒废料和胶结剂配制成废石混凝土,泵压管输到采空区的充填工艺,国内外还未见到过报道。随着矿业开发的加剧,大量工业废水、废石、废气的排放造成了自然生态环境的恶化,人们越来越认识到加强矿山环保和矿山资源综合利用的重要性,建设无废矿山成为时代发展的必然趋势。显然,本项研究不仅是解决目前矿山采充矛盾的有效途径之一,具有环保经济意义和时代进步意义,同时又属当前存在的技术难题范畴,具有节能减排和科技创新意义。