河北金牛能源股份有限公司邢台矿综采面充填采煤技术，自应用以来取得了非常好的经济效益和社会效益，在7606工作面进行了系统的试验和研究，在试验过程中发现矸石与粉煤灰作为充填开采的骨料，其物理力学基本特性对充填开采运输系统及充填工艺的设计至关重要，因此合理的最优的矸石和粉煤灰的配比是控制开采岩层移动和地表沉降的关键所在，本文结合计算智能领域的遗传算法和神经网络方法，利用遗传算法的非线性寻优能力和神经网络的非线性拟合能力，来寻找最优方案。[1]，[2]

　　1矸石与粉煤灰的物理化学特性

　　1.1矸石的物理化学特性

　　1.1.1矿物成分测试

　　本测试采用的测试仪器为D/Max-3B型X射线衍射仪，由日本理学公（Rigaku）生产。测试条件为：Cu靶，Kα辐射，石墨弯晶单色器。狭缝系统为：DS（发散狭缝）：1°，RS（接收狭缝）：1°，SS（防散射狭缝）：0.15mm，RSM（单色器狭缝）：0.6°。其中：X射线管电流为30mA，电压为35kV。在定量分析过程中采用的扫描方式为步进扫描，扫描速度0.25°/min，采样间隔0.01°。

　　定量分析所采用的分析标准为：按照中国标准（GB5225--86）的K值法进行定量分析，洗选矸石的组成成分分别见表1-1，X-射线衍射图谱分别如图1-1所示。

　　在定性分析过程中采用的扫描方式为连续扫描，采样间隔为0.02°，扫描速度为3°/min。定性分析所采用的分析标准为：利用粉末衍射联合会国际数据中心（JCPDS--ICDD）提供的各种物质标准粉末衍射资料（PDF），并按照标准分析方法进行对照分析。两种样品分析结果表明，洗选矸石主要成分是高岭石、石英，有部分伊蒙混层、伊利石、非晶物质和少量的其它矿物，其中的部分非晶物质，分析认为可能是煤或其它物质；粉煤灰主要成分是非晶物质，含有略多的石英，有部分莫来石、伊利石和少量的方解石、CaSO4、长石等矿物。样品中的非晶态物质无法确定，分析认为可能含有部分煤等非晶物质，也可能是粘土中温加热产生的非晶物质。

　　1.1.2化学成分测试

　　洗选矸石与粉煤灰的矿物组成直接影响煤矸石的工程性质。洗选矸石的化学成分与化学元素分别见表1-2、表1-3。

　　由表1-2、表1-3知，洗选矸石试样的物质组成中，SiO2的含量较高，是矸石充填开采时骨架的主要成分，可使充填后的矸石强度较高；此外，由于矸石中含有碳、铝和CaO等物质，易使矸石发生水解和风化等现象。

　　1.1.3致密度电镜扫描分析

　　通过电镜扫描SEM（ScanningElectronMicroscope）对矸石的致密度进行了分析，得到不同分辨率条件下洗选矸石的SEM图片，如图1-2所示，其SEM图片细观结构描述见表1-4。

　　1.1.4含水量测试

　　a.试验设备

　　本试验采用JA2003电子精密天平（ElectronicPrecisionBalance）、YZH1-30远红外自控焊条烘箱进行测试。

　　JA2003电子精密天平量程为200g，可读性为0.001g，重复性≤±0.001g，线性≤±0.002g，秤盘尺寸为Ф=110mm，如图1-3所示。YZH1-30烘箱能够自动测量、显示和控制温度，具有结构简单、性能稳定等优点。烘箱内胆及搁板采用耐腐蚀不锈钢材料和优质钢板二种，最高工作温度可达到500℃。

　　b.试验结果

　　从现场取洗选矸石测试试样，为防止水分的挥发，采用双层隔离层保存封装，保持了其自然状态下的含水量，并对试样进行了一系列含水量测试。洗选矸石测试6组，分别为x1、x2、x3、x4、x5、x6，其试验结果见表1-5。

　　由上述测试可知，自然状态下洗选矸石的含水量为2.28%。

　　1.2粉煤灰的物理化学特性

　　1.2.1化学成分测试

　　同样采用D/Max-3B型X射线衍射仪作为测试仪器，对粉煤灰试样进行定量分析。

　　1.2.2化学成分测试

　　洗选矸石与粉煤灰的矿物组成直接影响充填材料的工程性质。粉煤灰化学成分与化学元素分别见表1-6、表1-7。

　　由表1-6、表1-7知，粉煤灰试样的物质组成中，SiO2的含量较高，是煤矸石充填开采时骨架的主要成分，使充填后的煤矸石强度较高。

　　1.2.3致密度电镜扫描分析

　　通过电镜扫描SEM（ScanningElectronMicroscope）对粉煤灰的致密度进行了分析，得到不同分辨率条件下粉煤灰的SEM图片，如图1-6所示。图示细观结构描述见表1-8。

　　选取与测试洗选矸石含水量的相同仪器，对六组粉煤灰试样的含水量进行测试，其试验结果见表1-9。

　　由上述测试可知，自然状态下粉煤灰的含水量为21.17%。

　　1.3充填材料性能分析

　　分析充填材料的化学成分发现，洗选矸石和粉煤灰均以二氧化硅和氧化铝为主要成分，可以作为充填开采骨料的主要成分，但是粉煤灰的氧化钙含量相对降低，活性较差，可以相应增加洗选矸石的量来提高整体骨料中氧化钙的含量，提高骨料的活性性能。通过致密度电镜扫描分析发现，洗选矸石的结构较致密，粗大孔洞及裂隙基本未见；粉煤灰以多孔玻璃体为主，孔洞连通情况较好，中量碎屑颗粒，可以看出粉煤灰的压实变形量将会较大，碎屑颗粒会对充填产生一定的影响。在自然状态下，粉煤灰的含水量较大，这对于充填开采将会产生不利影响，在实际的操作中，可以根据粉煤灰这一物理特性，控制充填膏体制备中水的加入量，改善充填体的性能。