基于RSM的超细水泥注浆材料配比及性能优化模型

• Published in: 煤炭科学技术 Vol. 52; no. 8; pp. 146 - 158
• Main Authors: 刘伟韬, 吴海凤, 申建军
• Format: Journal Article
• Language: Chinese
• Published: 山东科技大学能源与矿业工程学院,山东青岛 266590%山东科技大学能源与矿业工程学院,山东青岛 266590 2024; 山东航空学院化工与安全学院,山东滨州 256600
• Subjects: response surface method; grouting water blocking; grouting material; superfine cement slurry; 陷落柱边缘岩体; marginal rock mass of collapse pillar; 注浆堵水; 响应曲面法; 超细水泥浆体; 注浆材料
• ISSN: 0253-2336
• DOI: 10.12438/cst.2023-1391

TD745; 注浆堵水技术已成为水害措施防范向工程治理不可缺少的技术之一,超细材料的研究也成为了目前注浆材料发展的新方向.为了解决矿井水害注浆治理工程中注浆材料优选和配比优化问题,采用单因素试验与响应曲面法(RSM)相结合的方法进行超细水泥注浆材料优化配比研究.首先通过单因素试验对不同水灰比、硅灰(SF)掺量及高效聚羧酸减水剂(PCS)掺量条件下浆液黏度、泌水率及 7d单轴抗压强度进行分析,以确定RSM最佳基准水平,其次构建以浆液黏度、泌水率及 7d单轴抗压强度为响应目标的二次多项式预测模型,结合方差、残差及响应曲面分析各响应变量对响应目标的影响规律,确定注浆材料最优配比.通过单因素试验结果对比分析,发现最优水灰比、SF掺量及PCS掺量分别为 1∶1、35%及 0.3%.通过RSM研究发现,浆液黏度、泌水率及 7d单轴抗压强度不仅受单一因素影响,且存在多因素交互作用.根据建立的二次多项式响应面回归预测模型可知,当水灰比、SF掺量及PCS掺量分别为 0.7∶1、38%及 0.2%时,注浆材料性能最优,其回归模拟预测浆液黏度、泌水率及 7d单轴抗压强度分别为 210.82 mPa·s、1.0%及 12.22 MPa.通过室内试验,其结果与预测模型结果吻合度较高,进一步验证了模型的可靠性,证明了该模型能够用于注浆材料优化配比设计研究.