趙 昊，史艷楠，2，張沖沖

(1.河北工程大學(xué) 機(jī)械與裝備工程學(xué)院，河北 邯鄲 056038；2.河北省煤炭生態(tài)保護(hù)開采產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院，河北 邯鄲 056038)

矸石固體充填技術(shù)將傳統(tǒng)煤炭開采過程中排出的矸石廢料用于采空區(qū)充填，實(shí)現(xiàn)采充一體化，不僅可以處理固體廢物，解放“三下”壓煤，還可以控制地表沉陷、保護(hù)生態(tài)環(huán)境、延長(zhǎng)礦井服務(wù)年限[1，2]。目前，井下矸石固體充填作業(yè)方式還以人工操作為主，而對(duì)充填效果的判斷完全依賴于操作人員的經(jīng)驗(yàn)，不僅降低了充填開采效率、增加了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，還會(huì)造成充填效果不一致而影響充填體的一致性和穩(wěn)定性。因此，開展矸石固體充填效果評(píng)價(jià)方法研究，對(duì)保證充填質(zhì)量、提高充填開采效率具有重要的意義。

目前，對(duì)矸石固體充填效果的判斷主要以人工經(jīng)驗(yàn)為主，這種方法受主觀因素影響較大，而且效率低下。基于此，相關(guān)學(xué)者也開展了一系列的研究，文獻(xiàn)[3]對(duì)矸石固體充填材料的力學(xué)特征和基本變形規(guī)律進(jìn)行了研究，并分析了充填過程中各充填材料之間的壓實(shí)特征。文獻(xiàn)[4，5]給出了充填開采巖層運(yùn)動(dòng)的連續(xù)介質(zhì)力學(xué)模型，并對(duì)密實(shí)充填采煤的巖層移動(dòng)控制理論進(jìn)行了論述。文獻(xiàn)[6]基于等價(jià)采高理論，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件，分析了充填體壓實(shí)率對(duì)固體充填采煤巖層移動(dòng)的作用。文獻(xiàn)[7]提出以密實(shí)充填率作為技術(shù)衡量指標(biāo)對(duì)固體充填開采采空區(qū)充填效果進(jìn)行評(píng)估，分析了密實(shí)充填率對(duì)充填效果的影響，以此優(yōu)化了充填設(shè)備的結(jié)構(gòu)和性能，并對(duì)充填工藝進(jìn)行了改進(jìn)，建立了密實(shí)充填率監(jiān)控體系。文獻(xiàn)[8]研究了密實(shí)充填率和充填液壓支架推力的關(guān)系，給出了充填效果的判定依據(jù)，以此研發(fā)了固體充填自動(dòng)化控制系統(tǒng)。

上述學(xué)者對(duì)充填效果和壓實(shí)特性進(jìn)行了分析，但以推壓密實(shí)機(jī)構(gòu)推力作為充填效果判斷依據(jù)的方法較為單一，未考慮充填體本身的壓實(shí)特性和工作環(huán)境對(duì)實(shí)際密實(shí)充填率的影響。因此本文采用實(shí)時(shí)壓實(shí)監(jiān)測(cè)技術(shù)，提出一種基于振動(dòng)性態(tài)分析的矸石固體充填效果評(píng)價(jià)方法，能夠快速、準(zhǔn)確的對(duì)充填效果進(jìn)行評(píng)價(jià)，具有精度高、受外界干擾較小的特點(diǎn)，能夠達(dá)到降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度、提高充填質(zhì)量和充填效率的目的。

1 矸石固體充填效果判定策略

1.1 充填效果的影響因素

1)夯實(shí)離頂距。矸石固體充填開采液壓支架與傳統(tǒng)綜采液壓支架結(jié)構(gòu)不同，充填液壓支架主要結(jié)構(gòu)如圖1所示，其中H0為夯實(shí)離頂距，m；αi為推壓密實(shí)機(jī)構(gòu)夯實(shí)角，(°)；a為推壓密實(shí)機(jī)構(gòu)鉸接點(diǎn)到落料中心的距離，m；b為夯實(shí)板寬度的一半，m；c為鉸接位置垂直高度，m；g為底卸式輸送機(jī)懸掛高度，m；L0為推壓密實(shí)機(jī)構(gòu)最大伸出長(zhǎng)度，m。

圖1 充填液壓支架主要結(jié)構(gòu)

在充填開采工藝的影響下，夯實(shí)離頂距H0會(huì)對(duì)充填質(zhì)量產(chǎn)生影響，若H0過小，則會(huì)增大充填液壓支架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)難度；若H0過大，則會(huì)增加實(shí)際夯實(shí)次數(shù)，導(dǎo)致充填效率降低[9]。因此最大夯實(shí)角αmax與夯實(shí)離頂距之間的關(guān)系也會(huì)對(duì)充填效果產(chǎn)生影響。αi應(yīng)滿足：

Hc=H0+c+L0cosαi

(1)

式中，Hc為采高，m。

在充填開采過程中，推壓密實(shí)機(jī)構(gòu)與底卸式輸送機(jī)不應(yīng)發(fā)生碰撞，因此H0與αmax滿足：

H0=g+atanαmax-(L0-btanαmax)sinαmax

(2)

由式(2)可知，當(dāng)L0一定時(shí)，推壓密實(shí)機(jī)構(gòu)鉸接位置距離采空區(qū)越近，H0越小，對(duì)充填效果越有利，但此時(shí)充填效果還會(huì)受到a的影響；反之，當(dāng)推壓密實(shí)機(jī)構(gòu)鉸接位置一定時(shí)，L0越大，H0越小，也對(duì)充填效果越有利，但此時(shí)會(huì)導(dǎo)致卸料中心后移，制約著H0減小。因此還應(yīng)將a作為充填效果的影響因素。

2)充填自由度和工作面傾角。在實(shí)際充填開采過程中，需在充填物料中加入一定水分達(dá)到降塵的目的，此時(shí)矸石物料會(huì)具有黏著力，但其散體特性仍未改變，在推壓密實(shí)機(jī)構(gòu)的作用下仍然存在流動(dòng)性，形成自由度，導(dǎo)致充填效果下降。此外，工作面傾角也會(huì)對(duì)充填效果產(chǎn)生影響。在一定范圍內(nèi)，工作面傾角對(duì)充填工藝和充填效果影響并不大，但由于充填物料的散體流動(dòng)性，會(huì)在推壓密實(shí)機(jī)構(gòu)的夯實(shí)板處產(chǎn)生側(cè)向力，從而減弱推力效果，導(dǎo)致充填效果下降。

1.2 充填效果判斷依據(jù)分析

1)密實(shí)充填率定義如下：

式中，kb為充填密實(shí)率；Vs為充填材料變形后的體積，m3；Vc為采出的煤炭體積，m3。

密實(shí)充填率對(duì)地表沉陷控制和覆巖移動(dòng)變形規(guī)律十分重要，同時(shí)也決定著充填速度和效果[10]。因此，密實(shí)充填率可作為影響充填效果的重要參數(shù)。

2)根據(jù)“三下”壓煤國家防護(hù)等級(jí)的要求，可以確定地表沉陷等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[Hi]，同時(shí)需滿足直接頂下沉量hb不大于其最大允許下沉量hb，max，據(jù)此可建立hb，max與[Hi]之間的數(shù)學(xué)關(guān)系，可以說明充填效果滿足實(shí)際要求。

地表實(shí)際沉降量Hg與hb的關(guān)系如下：

Hg=qhb,maxcosθ

(4)

式中，θ為直接頂與水平面夾角，(°)；q為充填體上覆巖層載荷，MPa。

由Hg≤[Hi]，可得hb，max≤[Hi]/(qcosθ)，進(jìn)一步可得kb的邊界條件為：

式中，U為上覆巖層壓力和直接頂巖性帶來下沉量，m；H為充填液壓支架的支撐高度，m。

3)對(duì)充填力學(xué)模型進(jìn)行分析。根據(jù)上述分析矸石物料具有一定黏著力，假設(shè)矸石物料為均勻理想狀態(tài)，在實(shí)際充填壓實(shí)過程中，矸石物料受到來自水平、垂直和豎向應(yīng)力的共同作用，此時(shí)充填體將滿足廣義胡克定律并符合三向應(yīng)力模型。根據(jù)充填效果影響因素，結(jié)合巖石力學(xué)理論，得出夯實(shí)力FN與kb的關(guān)系為[11]：

式中，As為推壓密實(shí)機(jī)構(gòu)與充填體接觸面積，m2；μ為巖石泊松比；η為單元體體積變化率；s為充填體特征參數(shù)值；Km為彈模系數(shù)。

4)充填體最小受力由FN邊界值確定，以此獲得充填效果判定依據(jù)。充填作業(yè)中，推壓密實(shí)機(jī)構(gòu)作用力與水平方向夾角為αi，即推壓密實(shí)機(jī)構(gòu)夯實(shí)角，那么充填體受到的夯實(shí)力大小等于實(shí)際推力的余弦值。在實(shí)際計(jì)算時(shí)還需考慮每次推壓密實(shí)循環(huán)作業(yè)過程中，循環(huán)進(jìn)尺和夯實(shí)角對(duì)實(shí)際推移長(zhǎng)度的作用。那么推壓密實(shí)機(jī)構(gòu)實(shí)際推力T滿足不小于其許用推力[T]的同時(shí)，建立T與kb的數(shù)學(xué)模型：

T≥[T]

(7)

[T]=

式中，h為充填液壓支架預(yù)留充填空間長(zhǎng)度，m；k為后置刮板輸送機(jī)寬度的一半，m；i為支架循環(huán)夯實(shí)次數(shù)；j為一次循環(huán)進(jìn)尺，m。

當(dāng)L0達(dá)到(a+k+b-ij/cosαi)值時(shí)，表明充填體與頂板已充分接觸，滿足密實(shí)充填率的實(shí)際需要。因此，通過適當(dāng)調(diào)整H0和a的變化量，可對(duì)推力判據(jù)進(jìn)行優(yōu)化，為提高充填質(zhì)量、保證充填效果提供依據(jù)。此外，鑒于工作面傾角和充填體自由度對(duì)充填效果的影響，可通過改變操作方式，使推壓密實(shí)機(jī)構(gòu)按工作面傾角方向動(dòng)作，減小工作面傾角對(duì)充填效果的影響；由于充填物料散體特性帶來的自由度，通過增大夯實(shí)板接觸面積或采用多組推壓密實(shí)機(jī)構(gòu)順序工作的方法，減小充填體自由度對(duì)推壓密實(shí)機(jī)構(gòu)推力和充填效果的影響[12]。

當(dāng)推壓密實(shí)機(jī)構(gòu)最大伸出長(zhǎng)度L0確定，其他參數(shù)固定不變時(shí)，引入系數(shù)λ：

可將式(7)中推壓密實(shí)機(jī)構(gòu)許用推力[T]簡(jiǎn)化為：

2 矸石固體充填效果評(píng)價(jià)方法

2.1 振動(dòng)性態(tài)分析及矸石物料壓實(shí)機(jī)理

當(dāng)充填液壓支架推壓密實(shí)機(jī)構(gòu)以一定的行進(jìn)速度和頻率進(jìn)行夯實(shí)時(shí)，在其液壓系統(tǒng)的作用下形成強(qiáng)大的沖擊載荷，矸石物料由靜止?fàn)顟B(tài)變成振動(dòng)狀態(tài)，將大幅削弱矸石顆粒間存在的黏結(jié)力和摩擦力，大顆粒矸石物料將被壓碎并填充至充填體空隙中，使充填體逐漸密實(shí)，密實(shí)充填率逐漸增加[13]。

目前充填采煤中主要利用推力作為充填效果判定依據(jù)，但由于推力判據(jù)是通過理論公式進(jìn)行估算，并通過充填作業(yè)實(shí)際工作狀況對(duì)充填效果進(jìn)行評(píng)價(jià)。如果僅僅采用推力來描述矸石物料的壓實(shí)特性，會(huì)導(dǎo)致計(jì)算得到的充填密實(shí)率與實(shí)際值不符，最終導(dǎo)致對(duì)充填效果出現(xiàn)誤判。相關(guān)研究表明，加速度與被壓物料的壓實(shí)狀況關(guān)系密切[14]，能夠作為影響充填效果的因素量。因此，以充填體對(duì)夯實(shí)板的反沖加速度作為充填效果判斷標(biāo)準(zhǔn)。在夯實(shí)初期，矸石物料比較松散時(shí)，加速度信號(hào)為正弦信號(hào)，頻率穩(wěn)定且頻譜以基頻為主，如圖2所示；隨著夯實(shí)次數(shù)的增加，矸石物料逐漸密實(shí)，對(duì)夯實(shí)板的反作用力也逐漸增強(qiáng)，加速度信號(hào)發(fā)生畸變，此時(shí)頻譜圖中會(huì)出現(xiàn)高次諧波分量，如圖3所示。由于獲取實(shí)測(cè)加速度信號(hào)較為困難，可將加速度傳感器埋入充填體中，通過A/D轉(zhuǎn)換和無線收發(fā)裝置將實(shí)時(shí)加速度數(shù)據(jù)進(jìn)行無線傳輸，并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析，根據(jù)矸石物料密實(shí)程度的不同，判定該時(shí)段的充填效果。

圖2 加速度進(jìn)程曲線

圖3 加速度頻譜分析

2.2 推壓密實(shí)機(jī)構(gòu)振動(dòng)加速度時(shí)域壓實(shí)指標(biāo)分析

2.2.1 壓實(shí)表征指標(biāo)—加速度分析

根據(jù)上述結(jié)論經(jīng)充填-夯實(shí)系統(tǒng)視為單自由度的動(dòng)力學(xué)模型，并且充填體與推壓密實(shí)機(jī)構(gòu)相接觸的平衡位置處簡(jiǎn)化成彈簧和阻尼裝置。充填-夯實(shí)系統(tǒng)單自由度動(dòng)力學(xué)模型如圖4所示。

在平衡位置處建立的運(yùn)動(dòng)方程，對(duì)充填體和推壓密實(shí)機(jī)構(gòu)分別進(jìn)行受力分析，具體公式如下：

式中，F(xiàn)s(t)為t時(shí)刻的推壓反力，N；ks為充填體剛度，N/m；cs為充填體阻尼，N·s/m；x(t)為t時(shí)刻推壓密實(shí)機(jī)構(gòu)對(duì)充填體的推移位移，m；v(t)為t時(shí)刻推壓密實(shí)機(jī)構(gòu)的推移速度，m/s；F(t)推壓密實(shí)機(jī)構(gòu)t時(shí)刻的激振力，N；md為夯實(shí)油缸的質(zhì)量，kg；a(t)為t時(shí)刻推壓密實(shí)機(jī)構(gòu)的推移加速度，m/s2；Ld為推壓密實(shí)機(jī)構(gòu)伸長(zhǎng)量，m。

隨著充填物料壓實(shí)程度的增加，物料作用于推壓密實(shí)機(jī)構(gòu)的推壓反力也逐漸增大。對(duì)公式進(jìn)一步簡(jiǎn)化，由于推壓密實(shí)機(jī)構(gòu)的每一次夯實(shí)過程為一次夯實(shí)周期，并且每次的推移行程是固定的，認(rèn)為推壓密實(shí)機(jī)構(gòu)達(dá)到最大推移行程時(shí)激振力同時(shí)達(dá)到最大值，得出加速度幅值的標(biāo)量：

am=ω2Ld-gsinαi-Fs/md

(13)

式中，F(xiàn)s為任意夯實(shí)過程的推壓反力幅值，N；am為任意推壓密實(shí)過程的加速度值幅值，m/s2。

2.2.2 矸石物料充填效果評(píng)價(jià)指標(biāo)

加速度頻域指標(biāo)是加速度傳感器實(shí)時(shí)采集推壓密實(shí)機(jī)構(gòu)對(duì)充填物料的振動(dòng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)，通過采用快速傅里葉變換(FFT)可獲得加速度信號(hào)的頻譜。隨著推壓密實(shí)過程的進(jìn)行，加速度信號(hào)會(huì)出現(xiàn)較多高次諧波(A4，A6，A8等)，并且基頻諧波A2會(huì)逐漸減小，對(duì)不同諧波的分析過程可判斷充填程度。因此，用加速度作為實(shí)時(shí)充填效果判斷標(biāo)準(zhǔn)，來表征充填體充填質(zhì)量。傅里葉變換具體：

采用壓實(shí)監(jiān)測(cè)值(Compaction Value，CV)作為加速度頻域矸石固體充填物料充填效果評(píng)價(jià)指標(biāo)，公式如下[15]：

式中，A2和A4分別為基頻諧波和二次諧波的幅值。從式(15)可知，隨著推壓密實(shí)機(jī)構(gòu)夯實(shí)次數(shù)的增加，充填材料逐漸被壓實(shí)，密實(shí)充填率也逐漸增加，與此同時(shí)加速度信號(hào)畸變?cè)絿?yán)重，CV也逐漸增大，表明充填效果越好。

為驗(yàn)證CV能否對(duì)充填效果進(jìn)行評(píng)價(jià)，采用相關(guān)系數(shù)R來分析CV與各夯實(shí)參數(shù)的相關(guān)性，即：

式中，xi、x分別為充填質(zhì)量實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)值CV的第i個(gè)樣本和樣本均值；yi、y分別為夯實(shí)特性參數(shù)的第i個(gè)樣本和樣本均值；這里夯實(shí)特性參數(shù)可以是夯實(shí)次數(shù)n、夯實(shí)速度v、壓實(shí)厚度h、壓實(shí)度Z或激振力F等。

2.3 基于加速度的固體充填效果判定模型

充填推壓密實(shí)過程是充填體能量變化的過程，推壓密實(shí)機(jī)構(gòu)對(duì)充填材料所施加的功大多數(shù)會(huì)被充填材料吸收，實(shí)現(xiàn)充填材料的摩擦、壓碎、密實(shí)等，其余會(huì)以熱量形式散發(fā)。單位面積充填體受到推壓密實(shí)機(jī)構(gòu)的力稱為壓實(shí)功[13]。

推壓密實(shí)機(jī)構(gòu)夯實(shí)一次充填物料所吸收的壓實(shí)功E可按下式來計(jì)算：

式中，C為充填物料的變形系數(shù)，且C=T/h1；h0為夯實(shí)一次充填物料的總形變量，m；h1為充填物料作用在夯實(shí)板的垂直變形量，m。

在推壓密實(shí)機(jī)構(gòu)每次夯實(shí)的過程中，充填物料吸收的壓實(shí)功是不同的。隨著夯實(shí)次數(shù)的增加，密實(shí)充填率也逐漸增加，當(dāng)密實(shí)充填率滿足要求時(shí)，充填物料吸收的壓實(shí)功達(dá)到飽和，整個(gè)夯實(shí)過程中的極限壓實(shí)功En：

式中，Ei為單次壓實(shí)功，J；f為系統(tǒng)的頻率，Hz。

對(duì)于激振力矩在一個(gè)周期內(nèi)所做的正功等于阻尼力矩所作的負(fù)功[16]，由此表達(dá)式推得：

式中，h為壓實(shí)厚度，m；WA為單次激振力所做的功，J。

以推力評(píng)價(jià)模型為基礎(chǔ)，根據(jù)能量守恒原則，聯(lián)立式(17)和式(19)，建立加速度與密實(shí)充填率的充填效果評(píng)價(jià)模型，密實(shí)推壓機(jī)構(gòu)的推移行程決定于系統(tǒng)加速度，因此將推力判據(jù)轉(zhuǎn)換為加速度作為科學(xué)依據(jù)可以更直觀的描述充填效果，具體公式如下：

3 實(shí)驗(yàn)仿真及充填效果評(píng)價(jià)

3.1 參數(shù)選取

采用ZC6000/18/38型充填液壓支架作為研究對(duì)象，對(duì)實(shí)際充填開采進(jìn)行模擬試驗(yàn)，此時(shí)將充填體的剛度ks及阻尼cs簡(jiǎn)化為半無限彈性錐模型進(jìn)行計(jì)算[17]，即：

式中，G為充填體最大剪切模量，MPa；a為夯實(shí)板一半長(zhǎng)度，m；φ為土體含水率；γ為土體泊松比；ρd為土體密度，kg/m3。

式(21)和式(22)中各參數(shù)值由現(xiàn)場(chǎng)模擬環(huán)境和充填液壓支架型號(hào)進(jìn)行確定[18]，見表1。

表1 動(dòng)力模型參數(shù)值

3.2 試驗(yàn)結(jié)果與振動(dòng)加速度頻譜分析

根據(jù)上述模擬環(huán)境，采用傅里葉變換對(duì)8組加速度信號(hào)進(jìn)行分析，得到不同夯實(shí)次數(shù)下的加速度頻譜圖，如圖5所示。

圖5 不同夯實(shí)次數(shù)下的加速度頻譜圖

在整個(gè)過程中，推壓密實(shí)機(jī)構(gòu)進(jìn)行了8次的夯實(shí)運(yùn)動(dòng)，其中在奇數(shù)遍的頻率設(shè)為25Hz，偶數(shù)遍的頻率設(shè)為30Hz；在夯實(shí)次數(shù)為1—4次時(shí)，矸石物料較為松散、流動(dòng)性強(qiáng)，主要表現(xiàn)為塑性變形，雖然矸石物料與推壓密實(shí)機(jī)構(gòu)始終接觸，但對(duì)推壓密實(shí)機(jī)構(gòu)的反作用力較小，在加速度頻譜圖上主要為基頻A2，二次諧波分量A4很小，其他高次諧波分量值接近于0。當(dāng)夯實(shí)次數(shù)為5—6次時(shí)，伴隨著夯實(shí)次數(shù)的增加矸石物料的剛度也在增大，此時(shí)充填材料主要表現(xiàn)為彈塑性變形，同時(shí)充填材料對(duì)推壓密實(shí)機(jī)構(gòu)的反作用力也在增大，表現(xiàn)為推壓密實(shí)機(jī)構(gòu)局部產(chǎn)生振動(dòng)，出現(xiàn)了高次諧波分量A4、A6等，占比不斷增大，加速度信號(hào)開始發(fā)生畸變；隨夯實(shí)次數(shù)的繼續(xù)增加(夯實(shí)次數(shù)達(dá)到6次以上)，此時(shí)充填材料基本已經(jīng)被壓實(shí)，變形逐漸變?yōu)閺椥宰冃?，A2呈現(xiàn)逐漸減小的過程，當(dāng)充填體被完全壓實(shí)時(shí)，此時(shí)A2達(dá)到最小，繼續(xù)夯實(shí)A2的值反而出現(xiàn)回升狀態(tài)，表明充填材料已部分被壓碎，系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)半倍諧波分量A1、A3、A5等，此現(xiàn)象為過度壓實(shí)現(xiàn)象；但由于在實(shí)際充填作業(yè)中不需要對(duì)充填體進(jìn)行完全壓實(shí)，只需達(dá)到相應(yīng)的密實(shí)充填率即可，因此基頻A2的數(shù)值至關(guān)重要。

3.3 矸石固體充填物料充填質(zhì)量快速評(píng)估

以注漿改性實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，在不同夯實(shí)次數(shù)情況下測(cè)得的12組CV如圖6所示，可知CV隨著夯實(shí)次數(shù)的增加有明顯增大的趨勢(shì)。

圖6 CV與夯實(shí)次數(shù)相關(guān)性分析圖

利用SPSS軟件對(duì)CV與夯實(shí)次數(shù)進(jìn)行一元線性回歸分析，從圖5中可以看出，線性回歸曲線與實(shí)測(cè)值十分接近，且得到的線性回歸方程為：

CV=7.196n+2.394

(23)

上述模型的相關(guān)系數(shù)R2為0.992。以注漿改性實(shí)驗(yàn)所測(cè)得的12組壓實(shí)度數(shù)據(jù)為樣本，與CV進(jìn)行線性回歸分析，由于充填體自由度對(duì)充填效果有顯著影響，而矸石物料含水量與充填體自由度關(guān)系密切[19]，綜合考慮將含水率w=4.7%作為充填效果評(píng)價(jià)模型的另一變量，可得：

Z=0.02CV-1.855w+0.767

(24)

上述模型的相關(guān)系數(shù)R2為0.973，并通過顯著性水平為0.05的F檢驗(yàn)。由式(24)可知，通過對(duì)各個(gè)樣本點(diǎn)計(jì)壓實(shí)度的計(jì)算，利用SPSS軟件對(duì)實(shí)際壓實(shí)度與計(jì)算壓實(shí)度進(jìn)行仿真分析，可對(duì)充填效果進(jìn)行評(píng)價(jià)。實(shí)際壓實(shí)度與計(jì)算壓實(shí)度的相關(guān)分析如圖7所示。

圖7 實(shí)際壓實(shí)度與計(jì)算壓實(shí)度相關(guān)分析

由圖7可知，實(shí)際壓實(shí)度與計(jì)算壓實(shí)度的相關(guān)系數(shù)R2為0.915，并通過顯著性水平為0.05的F檢驗(yàn)。由此表明，CV與加速度、實(shí)際壓實(shí)度等參數(shù)具有顯著的相關(guān)性，采用上述充填效果評(píng)價(jià)模型可以對(duì)矸石固體充填效果進(jìn)行快速評(píng)價(jià)。

4 結(jié) 論

1)加速度信號(hào)作為充填效果的判定指標(biāo)，實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確的描述充填效果，并且將影響充填效果的各個(gè)因素進(jìn)行量化，便于研究。

2)基于密實(shí)充填率與推力的數(shù)學(xué)關(guān)系，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際作業(yè)夯實(shí)離頂距機(jī)理，建立密實(shí)充填率與加速度的充填效果判定模型，為能夠準(zhǔn)確、快速、實(shí)時(shí)的判定矸石固體充填效果提供理論依據(jù)。

3)以壓實(shí)監(jiān)測(cè)值CV作為表征充填效果的指標(biāo)。以壓實(shí)功為基礎(chǔ)建立充填效果評(píng)價(jià)模型，深入剖析CV與密實(shí)充填率之間的相關(guān)性，在此基礎(chǔ)上對(duì)充填效果進(jìn)行快速評(píng)估，分析加速度頻譜圖對(duì)充填效果的表征情況。試驗(yàn)表明，CV與各參數(shù)之間具有顯著的相關(guān)性，由于推壓密實(shí)過程是通過多次循環(huán)夯實(shí)運(yùn)動(dòng)組成，根據(jù)相關(guān)性分析可以得出，循環(huán)夯實(shí)次數(shù)達(dá)到8次以上時(shí)，充填效果較好。