巩固了煤炭gangue-fly灰回填(CGFB)运用混合物填充材料回填地下煤矿的空缺。刚做好的CGFB泥浆通常通过一个管道运入一套。浆浓度的混合比例和悬浮剂(HPMC)中扮演着重要的角色在运送泥浆采空区顺利和有效。本文的影响泥浆浓度和HPMC在煤炭gangue-fly灰胶结充填材料的性能,研究了基于响应面方法。CGFB浆衰退的预测模型流,隔离率、出血率。结果表明,分离率和衰退的泥浆浓度的变化更敏感。另一方面,泥浆的出血率对HPMC的变化更敏感的内容。基于建立的模型,合理的泥浆浓度和混合比例范围悬浮剂(HPMC)。此外,三个新CGFB混合物测试,实验结果有很好的一致性的预测价值。
而煤炭做出了伟大的贡献,中国经济发展和社会建设,也不可避免地会导致一些问题,主要包括土地资源的破坏和占领,水资源的破坏和污染,大气环境的破坏和污染。土地资源的破坏和职业主要是由于地下采矿引起的地表沉陷和煤矸石堆积(
胶结充填采矿是一个最受欢迎的技术在煤矿绿色开采技术体系。需要破碎煤矸石骨料与普通硅酸盐水泥和粉煤灰作为胶结材料的掺合料(HPMC)和水形成高浓度泥浆在一定比例。胶结充填采空区可以有效降低煤层顶板的下沉,矿业面临的压力和地层的变化。它也保护水资源,防止环境问题,减少地面煤矸石(
国内外学者已经做了一些研究巩固了煤炭gangue-fly灰回填(CGFB)。吴et al。
虽然国内外学者已经做了一些研究CGFB混合物,几乎没有研究HPMC和浓度的影响CGFB泥浆的性能。新鲜CGFB泥浆通过管道运输的采空区充填的内径150 - 180毫米,长度约2000米(
本文旨在研究泥浆浓度和HPMC在泥浆性能的影响,得到一个最佳的混合浆浓度和HPMC的比例。响应面方法(RSM)是使用适当的试验设计方法设计试验方案,然后根据测试的顺序运行测试计划获得某些测试数据;使用多个回归方程适合测试因素和响应变量之间的定量关系。最后,回归方程分析是用来找到最优响应水平。响应面方法是一种解决多变量问题的数理统计方法。响应面方法包括许多实验设计和数据处理技术,如实验设计,回归方程建模、模型显著性检验和因子组合条件优化。通过拟合功能的响应和各种因素之间的关系,绘制响应面和等高线,每个因素的水平对应的响应值可以很容易地获得;然后最优响应值对应于每个因素的水平可以发现
在目前的研究中,使用的材料从“林溪”我和煤矸石粉煤灰从附近的电厂,普通硅酸盐水泥和水符合ASTM C150。煤矸石的密度是2300公斤/米3。粒度分布的煤矸石,粉煤灰和水泥在这项研究中的应用是图所示
粒子的大小分布的材料。
化学成分的材料。
| 化学成分 | 水泥 | 粉煤灰 | 煤矸石 |
|---|---|---|---|
| SiO2 | 19.68 | 53.85 | 43.77 |
| 艾尔2O3 | 4.57 | 32.88 | 21.52 |
| 曹 | 62.59 | 1.64 | 22.64 |
| 菲2O3 | 3.53 | 5.59 | 5.27 |
| 年代 | 2.56 | 0.72 | 3.4 |
| TiO2 | - - - - - - | 1.97 | 1.32 |
| 分别以 | 3.17 | - - - - - - | - - - - - - |
响应面分析的第一步(RSM)进行实验设计。有很多种RSM设计方法,包括Box-Behnken设计和中心合成设计(CCD),优化设计,贝叶斯设计和稳健设计。本文基于RSM优化设计是由使用设计专家8.0.5软件。在优化设计中,泥浆浓度和剂量的HPMC作为独立的变量。表
实验因素的实际和编码值。
| 浓度(%) | 悬浮剂(‰) | 编码值 |
|---|---|---|
| 77年 | 0 | −1 |
| 78.5 | 0.75 | 0 |
| 80年 | 1。5 | 1 |
优化设计的矩阵形式的因变量是写如下:
在优化设计算法,从所有可能的设计点,最大化的行列式的实验设计点
在本文中,大量的先前的实验的基础上,煤矸石和粉煤灰的比例确定胶结充填材料。当水泥含量12%的总重量和粉煤灰,煤矸石的重量比是固定在0.4,材料可以保持良好的级配,和28 d材料的强度可以达到4 MP,可以满足强度要求。浓度和HPMC的范围表
实验设计方案。
| 样品 | 固体含量(wt %)。 | 水泥含量(wt %)。 | 粉煤灰含量(wt %)。 | 煤矸石内容(wt %)。 | HPMC内容/粉(wt %)。 | 含水量(wt %)。 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 # | 77.00 | 12.00 | 18.57 | 46.43 | 0.49 | 23.00 |
| 2 # | 77.00 | 12.00 | 18.57 | 46.43 | 0.49 | 23.00 |
| 3 # | 77.00 | 12.00 | 18.57 | 46.43 | 1.50 | 23.00 |
| 4 # | 77.00 | 12.00 | 18.57 | 46.43 | 1.50 | 23.00 |
| 5 # | 77.57 | 12.00 | 18.73 | 46.84 | 1.00 | 22.43 |
| 6 # | 77.84 | 12.00 | 18.81 | 47.03 | 0.00 | 22.16 |
| 7 # | 77.84 | 12.00 | 18.81 | 47.03 | 0.00 | 22.16 |
| 8 # | 78.43 | 12.00 | 18.98 | 47.45 | 1.50 | 21.57 |
| 9 # | 78.68 | 12.00 | 19.05 | 47.63 | 0.86 | 21.32 |
| 10 # | 78.88 | 12.00 | 19.11 | 47.77 | 0.28 | 21.12 |
| 11 # | 79.69 | 12.00 | 19.34 | 48.35 | 1.01 | 20.31 |
| 12 # | 79.97 | 12.00 | 19.42 | 48.55 | 0.51 | 20.03 |
| 13 # | 80.00 | 12.00 | 19.43 | 48.57 | 0.00 | 20.00 |
| 14 # | 80.00 | 12.00 | 19.43 | 48.57 | 0.00 | 20.00 |
| 15 # | 80.00 | 12.00 | 19.43 | 48.57 | 1.50 | 20.00 |
| 16 # | 80.00 | 12.00 | 19.43 | 48.57 | 1.50 | 20.00 |
喇叭状低迷桶上部直径100毫米,直径200毫米,较低的高度300毫米是放置在指定的位置下滑流板根据规定,和新鲜泥浆了三次。每个灌装后,捣固锤应使用均匀罢工25倍沿着桶壁从外部到内部;然后CGFB浆是平滑的。然后,拿出桶,使用后泥浆流的平均直径,即滑坡流,流动性指数来衡量新鲜CGFB泥浆的流动性。测量设备如图
滑坡流测试的图。(一)测量装置。(b)衰退流量测量。
新鲜泥浆的隔离率测试装置如图
图的分离速率测试。(一)测量装置。(b)煤矸石颗粒粒径大于5毫米。
泥浆的出血率进行了测试与5 L(内径185毫米和200毫米高度)汽缸盖,如图
图的出血率测试。(一)测量装置。(b)出血率测量。
测量结果的因素在表16混合物
测试结果。
| 样品 | 滑坡流(毫米) | 分离率(%) | 出血率(%) |
|---|---|---|---|
| 1 # | 850.00 | 26.00 | 3.90 |
| 2 # | 830.00 | 23.50 | 3.70 |
| 3 # | 650.00 | 18.56 | 0.00 |
| 4 # | 650.00 | 19.37 | 0.20 |
| 5 # | 642.00 | 9.47 | 1.11 |
| 6 # | 753.00 | 18.70 | 5.36 |
| 7 # | 740.00 | 17.50 | 5.25 |
| 8 # | 465.00 | 1.60 | 0.00 |
| 9 # | 518.00 | 4.16 | 1.23 |
| 10 # | 555.00 | 6.22 | 2.16 |
| 11 # | 385.00 | 0.40 | 0.27 |
| 12 # | 380.00 | 1.20 | 0.85 |
| 13 # | 400.00 | 3.10 | 1.80 |
| 14 # | 412.00 | 2.80 | 2.00 |
| 15 # | 320.00 | 0.00 | 0.00 |
| 16 # | 320.00 | 0.00 | 0.00 |
回归模型。
| 滑坡流(毫米) |
|
| 分离率(%) |
|
| 出血率(%) |
|
方差分析的结果。
| 源 | 平方和 |
|
均方 |
|
|
|
|---|---|---|---|---|---|---|
|
|
||||||
| 模型 | 4.848 |
4 | 1.212 |
1606.88 | < 0.0001 | 重要的 |
|
|
4.393 |
1 | 4.393 |
5824.86 | < 0.0001 | |
|
|
73673.23 | 1 | 73673.23 | 976.81 | < 0.0001 | |
|
|
13427.18 | 1 | 13427.18 | 178.03 | < 0.0001 | |
|
|
2023.20 | 1 | 2023.20 | 26.82 | 0.0003 | |
| 剩余 | 829.65 | 11 | 75.42 | |||
| 缺乏合适的 | 473.15 | 6 | 78.86 | 1.11 | 0.4658 | 不重要 |
| 纯粹的错误 | 356.50 | 5 | 71.30 | |||
| 和总 | 4.856 |
15 | ||||
| 符合统计数据 |
|
0.9983 | 性病,戴夫。 | 8.68 | ||
| 邻接的 |
0.9977 | 简历% | 1.57 | |||
| Pred |
0.9965 | Adeq精度 | 105.340 | |||
|
|
||||||
|
|
||||||
| 模型 | 1302.94 | 6 | 217.16 | 148.47 | < 0.0001 | 重要的 |
|
|
14.91 | 1 | 14.91 | 10.19 | 0.0110 | |
|
|
156.53 | 1 | 156.53 | 107.02 | < 0.0001 | |
|
|
40.07 | 1 | 40.07 | 27.40 | 0.0005 | |
|
|
98.74 | 1 | 98.74 | 67.51 | < 0.0001 | |
|
|
17.11 | 1 | 17.11 | 11.70 | 0.0076 | |
|
|
9.31 | 1 | 9.31 | 6.36 | 0.0326 | |
| 剩余 | 13.16 | 9 | 1.46 | |||
| 缺乏合适的 | 8.95 | 4 | 2.24 | 2.65 | 0.1569 | 不重要 |
| 纯粹的错误 | 4.22 | 5 | 0.84 | |||
| 和总 | 1316.10 | 15 | ||||
| 符合统计数据 |
|
0.9900 | 性病,戴夫。 | 1.21 | ||
| Adj。 |
0.9833 | 简历% | 12.68 | |||
| Pred。 |
0.9631 | Adeq精度 | 31.765 | |||
|
|
||||||
|
|
||||||
| 模型 | 51.92 | 4 | 12.98 | 404.37 | < 0.0001 | 重要的 |
|
|
13.19 | 1 | 13.19 | 410.82 | < 0.0001 | |
|
|
41.18 | 1 | 41.18 | 1283.00 | < 0.0001 | |
|
|
8.39 | 1 | 8.39 | 261.36 | < 0.0001 | |
|
|
1.34 | 1 | 1.34 | 41.79 | < 0.0001 | |
| 剩余 | 0.35 | 11 | 0.032 | |||
| 缺乏合适的 | 0.29 | 6 | 0.048 | 3.62 | 0.0897 | 不重要 |
| 纯粹的错误 | 0.066 | 5 | 0.013 | |||
| 和总 | 52.27 | 15 | ||||
| 符合统计数据 |
|
0.9932 | 性病,戴夫。 | 0.18 | ||
| Adj。 |
0.9908 | 简历% | 10.30 | |||
| Pred。 |
0.9883 | Adeq精度 | 51.719 | |||
对应的预测值和实际值之间的关系。(一)出血率。(b)隔离率。(c)衰退流。
在这部作品中,建立回归模型来说明各种实验因素的影响及其二元交互CGFB属性建模的地区。不同属性的详细讨论CGFB泥浆如下。
浆浓度和HPMC的用量的影响隔离如图
响应曲面图的隔离。(一)二维图。(b)的三维图。
图
响应曲面图衰退流。(一)二维图。(b)的三维图。
图
响应曲面图的出血率。(一)二维图。(b)的三维图。
一般来说,出血率越小,分离率越小。然而,通过比较出血率和隔离浆浓度为77%,它可以发现隔离率不能表现为出血率的大小。1.5% HPMC的内容时,泥浆的出血率已经达到了0%,而隔离浆率仍高达19%。尽管HPMC吸附水的原因可能是细粒度的材料(水泥和粉煤灰)、粗骨料煤矸石和细粒度材料仍分离和煤矸石下沉。
浆浓度和HPMC的影响内容泥浆隔离率,衰退扩张,和出血率进行了分析。认为泥浆浓度和HPMC内容必须有一个适当的比例,保证泥浆的性能满足要求,但没有特定的混合比例范围。因此,本节将使用建立回归模型获得的适当比例范围浆浓度和HPMC的用量根据新鲜泥浆的工作性能要求,使CGFB泥浆满足尽可能多的各项性能指标的要求,没有过度的损害任何其他要求。首先,设计适当的配比参数的具体标准。根据现场试验,当衰退流超过450毫米,止血率小于3%,和隔离率小于5%;泥浆可以填充采空区顺利通过管道,确保地下工作面不受泥浆的出血影响采空区。优化模块的设计专家8.0.5软件,输入具体的标准要求;将获得匹配的范围要求,如图
多目标优化的结果。
为了验证模型的有效性,本文选择三个匹配方案,符合要求的区域满意1进行额外的测试;计划如表所示
三个样品的材料配比方案。
| 样品 | 固体含量(wt %)。 | 水泥含量(wt %)。 | 粉煤灰含量(wt %)。 | 煤矸石内容(wt %)。 | HPMC内容/粉(wt %)。 | 含水量(wt %)。 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| S1 | 78.50 | 12 | 19.00 | 47.50 | 1。0 | 21.50 |
| S2 | 78.80 | 12 | 19.09 | 47.71 | 0.7 | 21.20 |
| S3 | 79.00 | 12 | 19.14 | 47.86 | 0.5 | 21.00 |
预测值和测量值之间的比较。(一)隔离率。(b)出血率。(c)衰退流。
基于响应面方法,浓度和HPMC在衰退的影响流,隔离率、出血率CGFB浆进行了研究。主要结论如下:
根据16组测试的测试结果,下降流的回归模型,分离率,设立泥浆和出血率,分析了模型的有效性和准确性。结果表明,建立的模型是有效的,和所有模型能够预测CGFB泥浆的性能特征。
根据三个回归模型,泥浆性能进行了分析;结果表明,分离率和衰退的泥浆浓度的变化更敏感,和泥浆的出血率对HPMC的变化更敏感的内容。
当泥浆浓度太低,HPMC的增加内容不能有效控制泥浆的隔离;只有通过增加泥浆浓度,可以提高砂浆的隔离。当浓度增加到一定值,种族隔离的泥浆可以减少通过添加适量的HPMC或不断增加泥浆的浓度。两种方法的效果是相似的。
基于三个回归模型,根据泥浆的性能要求,料浆浓度和HPMC的混合比例范围内容。此外,三个新CGFB混合物测试,实验结果有很好的一致性的预测价值。
使用的数据集或分析在当前研究可从相应的作者在合理的请求。
作者宣称他们没有利益冲突有关的出版。