考虑凝固全过程的煤基绿色充填材料配比多目标优化研究
孙悦航
吴顺川
程海勇
姜关照
何颜多泰
李高奇
李兆驹
昆明理工大学国土资源工程学院,云南 昆明 650093
摘要：煤基绿色充填材料具有组分多样性、性能多维性.考虑充填体凝固全过程性能科学抉择充填材料多组分配方,是保证矿山充填质量的首要考量.基于此,采用Box-Behnken试验设计(BBD),以粉煤灰掺量(20%～60%)、浆体质量分数(82%～86%)和矸胶比(3～7)为自变量,建立了充填体凝固全过程性能(泌水率、凝结时间和 28 d单轴抗压强度)响应面模型.方差分析结果显示:模型中各项回归系数均达到显著水平,预测误差均控制在 5%以内,所建模型具有极高的拟合精度和可靠的预测能力.粉煤灰掺量对泌水率和凝结时间影响显著,掺量增加有利于改善浆体稳定性但延缓凝结进程;浆体质量分数对强度提升最为敏感,较高浓度显著增强了水化反应效率;矸胶比则在强度和凝结性能上体现出与浓度、粉煤灰掺量的显著交互作用.随后,引入非支配排序遗传算法NSGA-II进行多目标优化,获得了 100余组Pareto最优配方.以凝结时间适宜、泌水率受控为基本约束条件,以充填体强度和煤基固废利用率最大化为目标,筛选出 3组同时满足所有约束条件的代表性配方,例如,一组代表性优化配比在粉煤灰掺量约 43%、矸胶比约 5的条件下实现了约 2.2 MPa的 28 d抗压强度,凝结时间约 256 min、泌水率约 6.7%,均满足施工要求,成功兼顾了高充填强度与高固废利用率.验证了NSGA-II法在充填材料配方设计中的实用性.基于BBD-NSGAII实现了煤基绿色充填材料多组分科学决策,可为类似充填材料配方优化提供参考.
关键词：矿山充填煤基固废充填材料多目标优化Box-Behnken试验设计非支配排序遗传算法
分类号：TD823.7(矿山开采)
资助基金：云南省重大科技专项计划资助项目(202403AA080001)
论文发表日期：2025-09-30
在线出版日期：2025-09-30（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：10( 30-39 )
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