1. 多源固废协同利用新体系
将机制砂石粉（MMS）用于改性水泥-铁尾矿灌浆料，制备胶结再生骨料回填体（RAFB），实现铁尾矿、建筑垃圾、机制砂石粉三类固废在矿山采空区回填中的一体化资源化利用，解决传统灌浆料保水性差、稳定性不足的问题。
2. 宏-细-微观损伤表征新方法
集成单轴压缩+多参数声发射（AE）实时监测，结合振铃计数、能量、b值、AF/RA值与背散射电镜，完整刻画RAFB从压实到破坏的四阶段损伤演化，量化水灰比对拉伸/剪切破坏比例的调控规律。
3. 充填材料性能协同最优配比
揭示固体质量分数（MF）与水灰比（W/C）对强度、灌注度、损伤特性的耦合影响，确定最优工程配比，实现强度提升、施工性与破坏可控性的平衡，为现场充填提供直接参数依据。
4. 基于声发射的损伤预警模型
建立以累积振铃计数为核心的两阶段损伤变量模型，明确损伤快速增长临界点，可为采空区回填体长期稳定性监测与失稳预警提供理论支撑。
固废基灌浆料胶结再生骨料回填体力学性能及损伤演化
引用格式：
金佳旭，刘涛，王超，等. 固废基灌浆料胶结再生骨料回填体力学性能及损伤演化[J]. 绿色矿山，2026，4(1)：79−89.
JIN Jiaxu，LIU Tao，WANG Chao，et al. Mechanical properties and damage evolution of cemented recycled aggregate backfill modified by solid waste-based grouts[J]. Journal of Green Mine，2026，4(1)：79−89.
摘要
针对矿山采空区回填处置的需求，为实现铁尾矿、建筑垃圾等固体废弃物的协同资源化利用，研究了利用机制砂石粉(MMS)改性水泥–尾矿灌浆料(CTG)，制备了胶结再生骨料回填体(RAFB)，通过单轴压缩试验与声发射(AE)技术实时监测，系统分析了不同固体质量分数(MF)和水灰比(W/C)下RAFB的力学性能与损伤演化过程。结果表明：RAFB的抗压强度主要取决于CTG的力学性能和灌注度。声发射参数(振铃计数、能量、b值、AF与RA值)对应力发展的响应具有明显的时变响应规律，能有效表征RAFB的损伤演化。RAFB的破坏过程可分为压实、弹性、塑性屈服和破坏4个阶段，其损伤变量演化呈现缓慢增长与快速增长2阶段特征，最终收敛于完全破坏。基于AF与RA值的分析表明，回填体的破坏以拉伸模式为主，且随W/C增大，拉伸破坏比例由68.3%增至75.6%。研究结果为MMS改性回填体的工程应用与损伤预警提供了理论
引言
矿业作为我国国民经济的重要支柱产业，在支撑工业化和城镇化进程的同时，也产生了数量庞大的采空区。这些采空区严重制约了矿产资源的后续开采，更是诱发地表塌陷、山体滑坡等重大地质灾害的直接隐患，对矿区人民生命财产安全及生态环境构成了长期威胁。充填采矿法能有效控制地压、提高回收率并处置固废，是绿色矿山建设的关键技术之一。然而，充填成本高昂制约其推广，其中材料成本占比最高。因此，研发能大规模消纳矿山固废的低成本高性能充填材料，已成为矿业领域的紧迫问题。
近年来，固废充填材料的研发与应用已取得诸多进展。丁锐等综述了固废胶凝材料协同尾砂制备胶结充填材料的研究现状，指出铁尾矿、煤矸石等工业固废与胶凝材料的协同作用可显著优化充填体性能；ADIGUZEL 等系统探讨了尾矿在混凝土类充填产品中的利用潜力，证实尾矿作为细骨料可降低材料成本并改善工作性；邹云华等研究了不同岩性石粉对水泥水化性能的影响，为机制砂石粉在充填材料中的应用提供了基础数据；QIN等与JIN等分别针对煤矸石基回填体的力学性能与损伤评价开展研究，验证了工业固废在回填材料中的应用可行性。此外，WANG等通过回收机制砂石粉制备高流动性水泥‒尾矿灌浆料，为固废的高值化利用提供了新路径。这些研究均为固废协同资源化用于采空区回填奠定了重要基础，但多数研究聚焦于单一固废的利用或充填体宏观力学性能优化，对多相复合体系在荷载作用下的微观损伤演化机制、裂纹类型识别及声发射参数响应规律的探究仍较为匮乏，相关理论与工程应用需求之间仍存在差距。
矿山开采伴随着铁尾矿砂(TS)等大量固体废弃物产生。灌注胶结再生骨料回填体(RAFB)是采用高流动性水泥–尾矿灌浆料(CTG)灌注至再生混凝土粗骨料(RCA)骨架中形成的复合回填材料，可实现多源固废的协同利用，在充填、回填工程中展现出广阔的应用前景。然而，TS颗粒级配较单一，以其为细骨料制备的灌浆材料存在保水性与稳定性不足的缺陷。笔者前期研究论证了生物质飞灰对灌浆料性能的有益效果，然而生物质飞灰地理分布不均，来源受限。相较而言，机制砂石粉(MMS)作为机制砂生产伴生的微细石粉，来源广泛，但目前大量堆填处置既造成资源浪费，又引发扬尘污染。鉴于MMS与生物质飞灰物理性能相近，将其作为无机填料，既可借助颗粒填充效应优化TS级配，又能增强颗粒间絮凝作用，从而改善灌浆材料的保水及稳定性。然而，MMS对体系力学性能的影响尚不明确，其作为改性填料在RAFB中的应用效果与作用机理有待系统研究。
RAFB作为一种多相复合材料，其损伤演化与破坏机制关乎工程结构长期稳定性和安全预警，宏观力学参数难以全面反映其累进性损伤过程，因此需深入探究相关机理。本研究以MMS改性CTG制备的RAFB为对象，通过单轴压缩试验集成多参数声发射(AE)技术实时监测，旨在揭示不同W/C下MMS对RAFB抗压强度的影响，通过AE参数刻画RAFB压缩损伤的阶段性特征，基于AF–RA分析辨析主导裂纹机制，建立基于AE的损伤演化模型，量化损伤进程。本研究将从宏‒微观结合角度深化对MMS改性回填体破坏机理的认识，为优化充填配比、评估充填体稳定性及固废高值化利用提供理论依据。
图1 水泥和铁尾矿砂的粒度分布
图2 原材料外观
图3 CTG和RAFB的制备过程和测试方法
图4 声发射实验系统示意及照片
图5 CTG在7、28 d 龄期的抗压和抗折强度
图6 RAFB在7、28 d龄期的抗压强度
图7 RAFB 样品在28 d时的BSE图像和微观结构特征
图8 RAFB的振铃计数、声发射能量与应力的关系
图9 RAFB的应力与b值随时间变化响应
图10 RAFB的AF值与RA值的关系
图11 RAFB的破坏模式
图12 RAFB损伤变量随归一化应力的变化规律
金佳旭，教授，博士生导师，现任辽宁工程技术大学科学技术研究院副院长。兼任中国岩石力学与工程学会环境岩土工程分会青年工作委员会委员、辽宁省土木建筑学会工程勘察及岩土工程专业委员会理事；担任国家自然科学基金委员会函评专家、教育部学位中心评审专家。入选自然资源部高层次科技创新人才工程（青年科技人才）、“兴辽英才计划”青年拔尖人才，入选辽宁省第十二批“百千万人才工程”万人层次人选。主持国家自然科学基金面上项目等国家级、省部级纵向课题9项，主持企业委托产学研项目12项；主持成果获省部级科技奖励5项。在Journal of Cleaner Production、Rock Mechanics and Rock Engineering等国内外权威期刊发表SCI/EI收录论文60余篇，授权国家发明专利20余项。长期致力于矿山生态修复与环境岩土工程治理等领域的基础理论研究与工程技术应用。
左胜浩，郑州大学水利与交通学院副研究员、硕士生导师。主持国家自然科学基金面上项目、青年科学基金项目、国家重点研发计划子课题等多项国家级科研项目。以第一/通讯作者在Cement and Concrete Research、Cement and Concrete Composites等国际权威期刊发表SCI收录论文20余篇，授权国家发明专利10余项。主要研究方向为矿山固废资源化利用及地下工程安全防护理论与应用研究。
矿山灾害控制与绿色充填采矿团队核心研究方向： 1. 矿山采空区充填治理及覆岩移动与控制； 2. 矿山固废资源化利用及工业固废协同处置； 3. 矿山修复治理、绿色矿山建设与低碳充填理论及技术应用； 4. 地下工程稳定性分析与灾害防控。 主要成果： 团队长期围绕矿山修复、固废资源化、地下工程安全开展基础理论与工程应用研究，形成完整技术体系： 深耕矿山采空区治理、固废协同利用与地下工程灾变防控，研发系列绿色充填材料与修复技术，成果在辽宁、内蒙古多个矿山工程成功应用。 揭示岩土与充填体材料损伤演化规律，构建多尺度监测与安全预警方法，在国内外权威期刊发表SCI/EI论文百余篇，出版专著多部。 获省部级科技奖励多项，授权国家发明专利40余项，形成集材料研发、稳定性评价、监测预警、工程实施于一体的成套技术。
