宁东矿区作为黄河流域的9个亿吨煤基地之一，年产出煤基固废近2×108 t且气化渣堆存量大、规模化利用困难、简单填埋处理空间有限，充填开采能解决空间堆存难题，但成本高、性能亟待优化。根据响应面法设计气化渣在固体中的掺量(A)、气化渣与水泥质量比(B)、料浆含量(C)3因素3水平共17组中心组合实验，对气化渣基膏体充填材料的坍落度、扩展度、7和14 d单轴抗压强度等性能进行了对比优化研究。实验前使用X射线衍射仪(XRD)和扫描电镜(SEM)对原料的成分及微观形态进行观测分析，试块单轴压缩后通过SEM观测分析水化作用特点，揭示强度形成机制。综合强度和流动性得到最优配比及其性能特征为：A为48%,B为3,C为80%，脱硫石膏∶煤矸石∶炉底渣的质量按2∶1∶1配制，其7、14 d强度分别为1.15、2.41 MPa，坍落度为133 mm，扩展度为325.5 mm，坍落度与扩展度的比值为0.41。进一步基于响应面法分析得到7、14 d强度的单影响因素按显著性排序分别为：B>C=A、B>A>C;7、14 d强度的交互影响因素按显著性排序分别为：BC>AB>AC、AB> AC>BC；坍落度和扩展度的单影响因素按显著性排序分别为：C>B>A和C>A>B，进而为严控地表沉降、快充减少堵管、强度成本兼顾3种不同功能需求优选了对应配比方案及参数。研究成果为黄河流域的生态保护与煤炭低损伤开采提供了重要基础参数和优化方向。

国家重点研发计划项目(2019YFC1904300)；合肥综合性国家科学中心能源研究院(安徽省能源实验室)项目(21KZS217)；安徽省高校协同创新基金项目(GXXT-2021-017)；

1 实验方案
1.1 原料基本特性
1.2 预实验及方案确定
1.3 试块制备与性能测试
1.4 实验结果
2 基于响应面法的充填体性能分析
2.1 充填体强度
2.1.1 7 d抗压强度
2.1.2 14 d抗压强度
2.2 充填体流动性
2.3 充填体配比寻优
3 充填体水化反应机理
4 结论

陈登红,李超,张治国.宁东矿区气化渣基膏体充填材料性能优化研究[J].煤田地质与勘探,2022,50(12):41-50.