膏体充填材料优化：水泥、灰矸与浓度的黄金比例

"西马矿膏体充填材料最佳混合比确定" 本文主要探讨了在煤炭开采中解决"三下"(建筑物下、水体下、铁路下)压煤问题的重要技术——膏体充填开采，并强调了充填材料性能对充填效果的关键影响。近年来，我国在膏体充填材料配比和选材方面已取得显著进展。以宏兴煤矿为例，该矿采用膏体充填方法回收"三下"压煤资源，其中的粉煤灰和破碎煤矸石来源于矿区自身堆积，而水泥则选用辽阳水泥厂生产的425号水泥。 研究指出，宏兴煤矿充填后的应力变化特征显示，7至10天内应力会突然增加，28天后趋于稳定，接近原岩应力。因此，对于充填体的强度有明确要求，即7天后的单轴抗压强度需达到0.9MPa，28天后达到3.2MPa。为了找到满足这些条件的最经济材料配比，进行了实验分析。 实验采用了正交实验设计方法，这是一种在多因素试验中常用的设计策略，能有效探究不同因素对结果的影响。实验设定了三个因素：水泥含量百分比、灰矸比和膏体浓度，每个因素分为五个水平。通过直观分析和方差分析，发现早期强度主要受水泥含量百分比和膏体浓度影响，而最终强度则与水泥含量和灰矸比密切相关。 运用多元线性回归和高斯消去法，计算出膏体充填材料的最佳配比：水泥量百分比为12.705%，灰矸比为0.400，膏体浓度为77.498%。实验室测试结果显示，按照这个最优配比制备的膏体在7天后的抗压强度为0.93MPa，28天后为3.21MPa，均符合现场工程的需求。 通过科学的实验设计和数据分析，本文成功确定了膏体充填材料的经济且满足工程要求的最佳混合比例，为类似矿山的充填开采提供了重要的理论依据和技术参考。同时，这种方法也展示了在解决环境和安全问题的同时，如何实现经济效益的最大化。