充填胶凝材料制备方法技术

本发明专利技术公开了一种充填胶凝材料制备方法，包括以下步骤：制备由不同配比的多种固体废料形成的充填胶凝材料；对不同配比的固体废料形成的充填胶凝材料分别进行抗压强度试验；以每种固体废料的占比为自变量，以充填胶凝材料的抗压强度值为因变量，拟合建立抗压强度和固体废料占比之间的函数模型；建立充填胶凝材料的成本优化模型；确定成本优化模型的约束条件，在约束条件中，函数模型满足充填胶凝材料的抗压强度要求值；利用约束条件对成本优化模型求解，并获得满足抗压强度要求值且成本最小的充填胶凝材料的最优固体废料配比。本发明专利技术的充填胶凝材料制备方法制备的充填胶凝材料在满足强度要求的同时兼具较低的成本。

【技术实现步骤摘要】
充填胶凝材料制备方法
本专利技术涉及矿山充填材料制备
，具体地，涉及一种充填胶凝材料制备方法。
技术介绍
充填开采是一种在开采作业的同时用充填材料对采空区进行充填的开采方法。相关技术中，充填材料主要为硅酸盐水泥，充填开采的成本较高，限制了充填采矿技术的推广应用。为了降低充填开采的成本，相关技术中也有利用具有潜在火山灰质活性的固体废弃物(高炉水淬渣、粉煤灰、赤泥、飞灰、转炉钢渣等)开发充填胶凝材料的研究，但是，这些固体废弃物均属工业副产品，性质不尽相同，很难采用统一的配比制备充填胶凝材料，在获取配比之前，不仅试验工作量较大，还存在忽略胶凝材料成本的问题，未对充填胶凝材料的性能与成本进行统筹研究。
技术实现思路
本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术实施例提出一种充填胶凝材料制备方法，该充填胶凝材料制备方法减轻了制备工作量，且制备的充填胶凝材料在满足强度要求的同时兼具较低的成本。根据本专利技术实施例的充填胶凝材料制备方法包括以下步骤：制备由不同配比的多种固体废料形成的充填胶凝材料；对不同配比的固体废料形成的充填胶凝材料分别进行抗压强度试验；以每种固体废料的占比为自变量，以所述充填胶凝材料的抗压强度值为因变量，拟合建立不同龄期的充填胶凝材料的抗压强度和对应的每种固体废料在充填胶凝材料中的占比之间的函数模型；建立所述充填胶凝材料的成本优化模型；确定所述成本优化模型的约束条件，在所述约束条件中，所述函数模型满足所述充填胶凝材料的抗压强度要求值；利用所述约束条件对所述成本优化模型求解，并获得满足所述抗压强度要求值且成本最小的所述充填胶凝材料的最优固体废料配比。根据本专利技术实施例的充填胶凝材料制备方法，减轻了制备工作量，且制备的充填胶凝材料在满足强度要求的同时兼具较低的成本。在一些实施例中，所述函数模型为：其中，k为充填胶凝材料的龄期；Fk为充填胶凝材料在标准条件下养护k龄期的抗压强度；为第n种固体废料在充填胶凝材料中的占比。在一些实施例中，所述成本优化模型为：其中，an为固体废料n的单价；为设定单位充填胶凝材料中固体废料n的质量。在一些实施例中，所述约束条件为：其中，为第n种固体废料在充填胶凝材料中的占比下限；为第n种固体废料在充填胶凝材料中的占比上限；Fk为充填胶凝材料在标准条件下养护k龄期的抗压强度；Gk为k龄期抗压强度要求值。在一些实施例中，不同地所述固体废料配比的所述充填胶凝材料采用均匀设计试验法进行抗压强度试验。在一些实施例中，所述抗压强度试验为无侧限抗压强度试验。在一些实施例中，所述成本优化模型通过遗传算法进行求解。在一些实施例中，所述充填胶凝材料制备方法还包括以下步骤：根据获得的所述最优固体废料配比，利用所述函数模型计算不同龄期的所述充填胶凝材料的抗压强度。在一些实施例中，所述充填胶凝材料制备方法还包括以下步骤：根据获得的所述最优固体废料配比配制出所述充填胶凝材料，并对配制出的所述充填胶凝材料进行抗压强度试验验证。在一些实施例中，多种所述固体废料包括石膏粉、钢渣粉、粉煤灰和矿渣粉。附图说明图1是根据本专利技术实施例的物料粒径分布示意图。附图标记：全尾砂1；石膏粉2；钢渣粉3；粉煤灰4；矿渣粉5。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。根据本专利技术实施例的，充填胶凝材料制备方法包括以下步骤：S1：制备由不同配比的多种固体废料形成的充填胶凝材料。多种固体废料可以为两种以上任意配比的固体废料，固体废料可以为高炉水淬渣、粉煤灰、赤泥、飞灰、转炉钢渣等固体废弃物。例如，如表1所示，充填胶凝材料可以包括四种固体废料，四种固体废料分别为石膏粉、钢渣粉、粉煤灰和矿渣粉。四种固体废料可以按照任意占比配制出多种充填胶凝材料，表1中共列举出8种按照多种固体废料不同占比配制出的充填胶凝材料。表1固废随机配比的充填胶结体无侧限抗压强度试验及结果优选地，不同地固体废料配比的充填胶凝材料采用均匀设计试验法进行抗压强度试验。具体地，表1中石膏粉、钢渣粉、粉煤灰、矿渣粉的不同占比可以通过DPS3.0数据处理系统生成，且均匀性偏差为0.0714。均匀设计试验法能够大大减少试验次数，进一步简化了试验工作量。S2：对不同配比的固体废料形成的充填胶凝材料分别进行抗压强度试验。例如，表1中共列举了8种不同配比的充填胶凝材料，需要对表1中的8种充填胶凝材料分别进行抗压强度试验。需要说明的是，在进行抗压强度试验时，需要对不同龄期的充填胶凝材料进行抗压强度试验，例如，针对表1中的8种不同配比的充填胶凝材料，需要分别对龄期为7天和龄期为28天的充填胶凝材料进行抗压强度试验并得到对应的抗压强度值。以序号1的充填胶凝材料为例，该充填胶凝材料中石膏粉的占比(质量占比)为21％，钢渣粉的占比为8％，粉煤灰的占比为35％，矿渣粉的占比为36％。该充填胶凝材料龄期为7天的抗压强度为2.52MPa，该充填胶凝材料龄期为28天的抗压强度为4.32MPa。优选地，充填胶凝材料的抗压强度试验为无侧限抗压强度试验。S3：以每种固体废料的占比为自变量，以充填胶凝材料的抗压强度值为因变量，拟合建立不同龄期的充填胶凝材料的抗压强度和对应的每种固体废料在充填胶凝材料中的占比之间的函数模型。例如，建立的函数模型可以为：在上述函数模型中，k为充填胶凝材料的龄期；Fk为充填胶凝材料在标准条件下养护k龄期的抗压强度；为第n种固体废料在充填胶凝材料中的占比；需要说明的是，函数模型可以通过专门的函数建模软件生成，函数模型的类型可以为二项式逐步回归函数模型，也可以为一次函数模型、指数函数模型等其他类型的函数模型。拟合建立模型时，将自变量(多种固体废料的占比)和因变量(测得的充填胶凝材料的抗压强度值)分别输入函数建模软件，然后选择对应种类的函数模型并拟合生成函数模型即可。例如，针对表1中的充填胶凝材料，7天龄期的充填胶凝材料所拟合的二项式逐步回归函数模型为：F7＝-7.72+7.18·M4-36.84·M1·M2+78.69·M1·M4+63.01·M2·M3+14.62·M2·M428天龄期的充填胶凝材料所拟合的二项式逐步回归函数模型为：F28＝15.95-50.56·M3+62.86·M3·M3-13.11·M1·M3+4.07·M1·M4-43.02·M2·M4上述7天龄期的充填胶凝材料所拟合的函数模型的相关系数R2＝0.9896；上述28天龄期的充填胶凝材料所拟合的函数模型的相关系数R2＝0.9946。拟合的两个函数模型的相关系数均接近1，说明具有较好的拟合度。<本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种充填胶凝材料制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n制备由不同配比的多种固体废料形成的充填胶凝材料；/n对不同配比的固体废料形成的充填胶凝材料分别进行抗压强度试验；/n以每种固体废料的占比为自变量，以所述充填胶凝材料的抗压强度值为因变量，拟合建立不同龄期的充填胶凝材料的抗压强度和对应的每种固体废料在充填胶凝材料中的占比之间的函数模型；/n建立所述充填胶凝材料的成本优化模型；/n确定所述成本优化模型的约束条件，在所述约束条件中，所述函数模型满足所述充填胶凝材料的抗压强度要求值；/n利用所述约束条件对所述成本优化模型求解，并获得满足所述抗压强度要求值且成本最小的所述充填胶凝材料的最优固体废料配比。/n

【技术特征摘要】
1.一种充填胶凝材料制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
制备由不同配比的多种固体废料形成的充填胶凝材料；
对不同配比的固体废料形成的充填胶凝材料分别进行抗压强度试验；
以每种固体废料的占比为自变量，以所述充填胶凝材料的抗压强度值为因变量，拟合建立不同龄期的充填胶凝材料的抗压强度和对应的每种固体废料在充填胶凝材料中的占比之间的函数模型；
建立所述充填胶凝材料的成本优化模型；
确定所述成本优化模型的约束条件，在所述约束条件中，所述函数模型满足所述充填胶凝材料的抗压强度要求值；
利用所述约束条件对所述成本优化模型求解，并获得满足所述抗压强度要求值且成本最小的所述充填胶凝材料的最优固体废料配比。


2.根据权利要求1所述的充填胶凝材料制备方法，其特征在于，所述函数模型为：



其中，k为充填胶凝材料的龄期；Fk为充填胶凝材料在标准条件下养护k龄期的抗压强度；为第n种固体废料在充填胶凝材料中的占比。


3.根据权利要求2所述的充填胶凝材料制备方法，其特征在于，所述成本优化模型为：



其中，an为固体废料n的单价；为设定单位充填胶凝材料中固体废料n的质量。


4.根据权利要求3所述的充填胶凝材料制备方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：李立涛，朱瑞军，李少辉，李永生，杨卓明，吴昊燕，何煦春，焦云乔，
申请(专利权)人：中国恩菲工程技术有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11