均匀设计法优化矸石膏体充填材料配比研究

"矸石膏体充填材料配比优化的研究旨在确定合理的材料组合，以提高充填体的性能和降低成本。通过在岱庄煤矿进行的28组均匀设计实验，研究了粉煤灰、水泥和矸石不同比例对膏体性质如坍落度、分层度、泌水率以及早期和长期强度的影响。根据关键层理论，建立了一个计算充填体长期强度的公式，并利用Matlab软件找到了最佳配比：粉煤灰与水泥的比例为3.2，矸石与水泥的比例为4.5，料浆质量浓度为75.3%。这些条件下的充填性能参数表现为坍落度184.44毫米，分层度13.87毫米，泌水率1.48%，早期强度0.16兆帕，长期强度3.89兆帕，与实验结果相符。" 文章详细探讨了煤矿充填开采中的一个重要问题——矸石膏体充填材料的配比优化。在煤矿开采中，充填材料的配比直接影响着充填体的强度、料浆流动特性、成本效益及施工工艺的效率。先前的研究如Fall等人使用响应面法研究硫和水泥含量对膏体强度和成本的影响，郑保才等人则运用正交试验法优化膏体充填材料，而艾纯明等人通过均匀试验分析了膏体质量分数和砂灰比对膏体性能的作用。这些研究均揭示了多因素和多目标条件下优化材料配比的必要性。 在本文中，作者针对多因素、多水平、多目标的实际情况，选择了均匀设计方法，因为它具有较高的可靠性和较低的试验次数。以岱庄煤矿的实际工程为背景，作者进行了28组实验，研究了不同比例的粉煤灰、水泥和矸石对膏体性能的影响。结果表明，这种配比优化可以有效改善膏体的坍落度、分层度和泌水率，同时提高早期和长期强度。 基于关键层理论，作者提出了一种计算充填体长期强度的公式，这是一种理论依据，有助于理解和预测充填体在长时间内的稳定性。借助Matlab软件，作者进一步拟合出最佳的材料配比，这不仅能够确保充填体的力学性能，还可能降低充填成本。最佳配比的膏体表现出良好的流动性（坍落度184.44毫米）、低水分分离（分层度13.87毫米）、适度的水分流失（泌水率1.48%）和足够的强度（早期强度0.16兆帕，长期强度3.89兆帕）。 通过对充填材料配比的科学优化，不仅可以提升充填体的性能，还能为煤矿的安全开采提供有效的技术支撑。这种优化方法对于其他类似的煤矿开采环境也有重要的参考价值。