金川镍矿地应力是一个典型的复杂难采矿床，矿石高度高，岩石破碎，矿体埋藏深。因此，该矿采用下分层胶结充填法开采。近年来，随着市场对镍资源需求的不断增长，金川镍矿的产能逐年扩大。以金川二矿为例，该矿初步设计年产能为297万吨，目前实际年产能已达450多万吨，是设计产能的1.5倍以上，是中国镍矿山年产能最大的矿山。由于生产能力的快速扩张，地下矿段的开采周期运行时间和充填体的维护时间严重缩短，导致充填体早期强度不足导致的安全事故频发，为矿山的正常生产埋下隐患。因此，研究和准备早强型充填体（3D和7d强度满足安全采矿工作标准的充填体）尤为重要。目前该矿采用尾砂－废石和胶凝材料水泥配制的早强型充填体，采用1:4的水泥砂比和75%~82%的胶结充填技术完成充填材料的管道运输。然而，由于充填体境内水泥掺量大，充填成本高在国内外少见，这给矿山生产经营带来了困难。为了降低金川镍矿早强型充填体的成本，对周边丰富和廉价炉灰（燃煤锅炉底灰和炉渣，以下简称灰渣）的多样化利用进行了实验研究，具体如下：，它分为两个方向：（1）灰渣基胶凝材料的制备方法是将灰（未扰动灰物理研磨成微粉状态）与粉煤灰和脱硫石膏混合。（2） 早强型充填体使用未经处理的灰烬（未经处理的灰烬）制作，如细骨料和灰渣基胶凝材料。由于充填体的原材料均为矿山和矿山排放的固体废物，与原充填材料相比，充填成本有效降低。此外，由于灰渣基胶凝材料的水化机制，充填料浆的水化产物和抗离析特性对充填体沙土的早期强度有重要影响开展了相关课题分析研究，为提高灰渣基早强型充填体综合的利用率和工业应用奠定理论基础。具体研究工作如下：（1）试验材料的理化性能分析。利用X射线荧光光谱分析仪、X射线衍射仪和扫描电镜对粉煤灰改性微粉、原状粉煤灰、脱硫石膏、粉煤灰和废石骨料的物理和化学性质进行了检测和分析。结果表明，灰改性微粉具有潜在的胶凝特性，可作为开发胶凝材料的主要原料。原状灰的微观结构为不规则颗粒，含有大量细颗粒，可用作优化填料，提高填料体强度。（2） 灰渣基胶凝材料配比试验。根据理化性能分析结果，根据混合料重心设计方法，以粉煤灰和改性粉为主要成分，进行了灰渣基胶凝材料配合比试验。根据方差分析、追踪曲线、等高线和响应面法的分析结果，揭示了胶凝材料各成分含量的主效应和交互效应对充填体早期强度的影响规律。研究发现，灰渣改性微粉掺量对3D强度有显著影响，飞灰含量对7d强度有显著影响，两者成正比。根据3D和7d组分的早期强度数学模型，胶凝材料的比例确定为70%的灰改性微粉、3%的脱硫石膏和27%的粉煤灰。（3） 灰渣基胶凝材料水化机理研究。对灰渣基胶凝材料进行了电导率和含水量测试，并通过SEM、同步热分析和扫描电子显微镜对水化产物进行了分析。结合灰渣基胶凝材料各组分含量对充填体早期强度的主效应和相互作用效应的影响规律，综合分析了胶凝材料水化反应机理：0-3d水化反应以灰改性微粉为主，4-7d水化反应粉煤灰起决定性作用，采用脱硫石膏和灰渣催化剂作为双偶联活化剂，有效激发了灰改性微粉和粉煤灰火山灰材料的潜在活性，促进了胶凝材料水化反应的持续研究。（4）灰渣基胶凝材料研究矿井水对水合产物稳定性的影响。将胶凝材料净浆试块浸入不同pH值的水溶液中，通过电感耦合等离子体原子发射光谱（ICP OES）测试和pH检测，分析了浸出率、浸出液和pH值水合产物中关键离子随时间的变化。结果表明，水化产物中关键离子的浸出率较低，矿井水对胶凝材料的水化性能影响不大，对早期强度影响不大。此外，受镁浸出的影响，酸性和中性矿井水在接触胶凝材料后呈碱性，而pH值的碱性矿井水变化较小。（5） 灰渣基早强型充填体人口比例的实验研究。采用响应面法试验设计，早强型充填体采用未扰动灰渣细骨料、矿山废石和灰渣基胶凝材料进行配比试验。根据方差分析、追踪曲线、等高线和响应面法的分析结果，揭示了充填体水泥砂比和废渣率的质量分数、主效应和交互效应对早期强度的影响规律和意义，为灰渣基早强型充填体的工业应用提供理论指导。根据早强型充填体质量分数、水泥砂比和废渣率的数学模型，确定该比例为：质量分数81%，水泥砂比4:6，废渣比5:5，3D强度达到1.7mpa，7d强度达到3.0MPa，满足金川镍矿的早期强度要求，实现早强型充填体灰渣的多样化利用。（6） 灰渣基早强型充填料浆反种族隔离评价指标研究。充填料浆泌水率和基于响应面试验设计的超声波检测结果表明，充填料浆泌水率的变化规律与CK特征指数相同，表明CK指数可以量化表征充填料浆的反离析。因此，根据超声纵波在介质中的传播规律和充填料浆隔离机制，提出了充填料浆反隔离特征指数（CK）的定量评价指标，并对本研究中编制的法语进行了评价。CK指数为1.43%，具有较强的抗离析性能。