目前我国的沿空留巷巷旁支护材料出现了1种新型的巷旁支护体，即可缩自适应墩柱。煤矿实际可缩柱自适应墩柱的充填石料选取为矸石，可缩柱自适应墩柱能否发挥其支护作用的关键为充填墩柱矸石级配的选取。虽然近年来许多学者对矸石的粒径级配以及压实特性和抗变形能力进行了研究[1-9]，但大都基于煤矿充填开采。可缩柱自适应墩柱作为1种新型支护体，其充填石料级配的选取要求既能提供足够支撑力来支护顶板又能满足其具备一定的可缩量来适应顶板下沉，还要最大量减少对支护体的破坏，目前为止对此支护体充填石料级配的研究还很缺乏。基于以泰波理论[10]，采用SAS—2000伺服液压机，并辅以声发射技术以及静态应变测试系统，分析了不同级配下碎石轴向压缩率与轴压关系、声发射与轴向应变的关系、声发射与轴向应变的关系，以此分析其压缩性能。

1 试验设备及选样

1.1 试验设备

充填石料压缩试验中盛装矸石的容器为钢筒，进行石料的压缩试验时，先将钢筒放置于SAS—2000伺服液压机机的承压台上，然后将预先配制的矸石装入钢筒，在无缝钢筒模具的表面中间沿径向对称贴4片应变片和2个声发射监测探头以便监测与采集无缝钢管表面径向的应变变化与石料在压缩过程中的声发射现象。试验模具如图1。

  

图1 试验模具

1.2 充填石料粒径级配方案

在级配方向的研究材料选择为级配碎石细集料dmin=2.36 mm和级配碎石混合料dmax=19 mm进行不同泰波系数下的试验研究，试验所用到石子为日常很容易得到的工程用石料，用不同粒径的矸石通过连续级配理论方法获得本试验所需的连续级配石料。根据连续级配方面的泰波理论，本试验依据泰波系数及以往级配试验的的经验选出比较合理的泰波系数 n 的取值范围为 0.3、0.4、0.5、0.6、0.7。用 1组规定了筛网孔径的标准筛对石料进行分级，通过级配计算公式得到不同孔径时的通过百分率。本试验中所选取的石料在不同泰波系数下对应的其通过率见表1。

 

表1 连续级配石料通过率

  

粒径/mm泰波指数0.3 0.4 0.5 0.6 0.6 19.00 16.00 9.50 4.75 2.36 1.18 0.60 0.30 100 95 81 65 53 43 35 29 100 93 76 57 43 33 25 19 100 92 71 50 35 25 18 13 100 90 66 44 29 19 13 8 100 89 62 38 23 14 95

2 试验分析

2.1 不同泰波系数n的特性关系分析

在物理试验中无缝钢桶中充填材料的选取以泰波系数为依据，不同的泰波系数值对应不同的级配。充填料在钢桶内被压缩时表现出相应的特性，不同特性的表现直接影响到将来石料在现场中的选取，通过物理试验得到的数据可绘制得厚壁钢桶中充填料压缩率与轴压、钢桶侧向微应变及声发射综合曲线图如图2。

从石料的压缩过程看，可将轴压—压缩率曲线分为3个不同的阶段。第1阶段为轴压缓慢增长阶段；第2阶段可以认为是轴压不稳定阶段；第3阶段为轴压呈指数函数快速增长阶段。

分析对比不同泰波系数的压缩率—轴压综合对比图，可得到如下结果，在私服液压机加压的过程中每种级配石料的情况下都经历了以上所述的3个阶段，通过图3，可以看出每种级配的石料在经历第1阶段时曲线大致相同。

应用河北工程大学矿压试验室现有1台SAS-2000三轴伺服试验机对相似模型进行试验分析，得到的试验所需的级配石料压缩率与试验压力的关系如图3。

通过分析观察声发射曲线图，可大致把轴向压缩的过程也分为3个阶段。第1阶段为级配碎石发生撞击次数密集阶段；第2阶段认为是级配碎撞击次数稳定阶段；第3阶段认为是级配碎石撞击次数减少阶段。

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由上述分析，结合不同泰波系数的压缩率—轴压综合对比图，认为当泰波系数n=0.6时级配石料在压缩过程中增阻较快。

2.2 不同太波系数下轴向压缩率与轴压对比分析

石料在压缩试验中，由于石料压缩膨胀产生的侧压力与石料所受轴压成正比，所以侧向微应变曲线也可分为3个阶段。第1阶段侧向微应变曲线短暂呈幂数函数快速增长的特性；第2阶段认为是侧向微应变呈缓慢增加阶段；第3阶段认为是侧向微应变呈快速增长得阶段。

回库车次与出车车次数相差越多，代表车次对应的列车的日运行里程数越大。以编号为1的计划为例，出库车次为0102，回库车次为0135，即需要跑34个单趟。晚班调度只对除晚高峰之外的车次进行安排，晚高峰车次由早班调度在出车前根据车组实际状况进行安排。

  

图2 压缩率—轴压、侧向应变、声发射综合图

  

图3 压缩率—轴压综合对比图

在模拟试验过程中，对比不同太波系数下的第2阶段的特性发现只有太波系数n=0.6时第2阶段比较短，而泰波系数 n=0.3、0.4、0.5、0.7时第2阶段的过程较长，所以在压力增量相同的情况下轴向压缩率发生较大，则模拟石料增阻较慢，不利于基本顶来压时巷道的维护。在模拟试验的第3阶段，只有太波系数n=0.6时的级配石料在压力作用下增阻最快符合现场研究的需要。

最后需要指出的是，《英文汉诂》是中国第一本完全横排的书，也是最早使用西方标点符号的汉语制作，大大方便了学习者的阅读。因此，全书视野之广阔、内容之丰富、解释之详尽、语言之平和，让读者深切感受到此书解释的不再是单纯、枯燥的语法，而是语法与人类经验的融合，深入贯彻了“答海内学者之愤悱”这一指导思想。

计算逼近均方根误差(Root Mean Square Error or Approximation, RMSEA)[12]和卡方(卡方/自由度，Chi-Square/Degree of Freedom)[13]用于验证所建立的结构化模型的适用性。RMSEA≤0.05则表明模型适用，而当其值近似为0.08或更少仍然意味着合理的逼近误差。相应的CMIN/DF值<3表示模型适用。

由于充填石料在第1阶段，石料的堆积比较松散，所以在这一阶段轴压、微应变随着碎石逐渐被压缩而呈现缓慢线性增加的阶段，而级配碎石发生撞击次数最为密集；在第2阶段，碎石经过初期的压缩后，空隙减小，密实度增大，石料在继续受力的情况下，空隙会被压缩的更小，在此过程中由于碎石膨胀产生的对厚壁钢桶的侧向力小于能使厚壁钢桶产生更大微应变的侧向力，从而表现为测应变缓慢增加的特性，同时伴随着矸石之间的咬合摩擦破碎而产生不间断的微小震动，而级配碎撞击次数逐渐稳定。在第3阶段由于级配碎石的压缩经历过第2阶段后，碎石间被挤压铰接，碎石由散体变为连续体，其性质发生了改变逐渐趋于钢性，所以在第3阶段压缩量相同的情况下其轴压会以指数函数的形态上升，这一阶段的压缩过程中轴向力的很大一部分会转为侧向力作用在无缝钢管壁上，侧向微应变也会得到快速增长，而级配碎石撞击次数减少。

通过室内的相似模拟物理试验，得到的不同太波系数下轴向级配石料压缩率与厚壁钢桶侧向微应变的关系如图4。

分析研究图4可看出当太波系数n=0.5、0.6时，相似钢桶的侧向微应变最小，然而侧向微应变的最大值对应的石料轴向级配石料压缩率却有很大差值，泰波系数n=0.5时最大侧向微应变值对应的轴向级配石料压缩量为0.250，泰波系数n=0.6时最大侧向微应变值对应的轴向级配石料压缩率为0.167。从轴向压缩率与侧向微应变对比可看出，当n=0.5时的轴向压缩率小与n=0.6时的轴向压缩率，所以可以看出在相同最大侧向微应变时轴向应变越小的越能说明级配石料在钢桶内形成的结构稳定，侧向膨胀越小。所以从轴向应变与厚壁钢桶侧向微应变关系方面分析看出当泰波系数n=0.6时的级配效果最好。

  

图4 压缩率—侧向微应变综合对比图

3 结论

1）当泰波系数 n=0.3、0.4、0.5、0.6、0.7 的时候，其轴向压缩量与轴压、厚壁钢桶侧应变、声发射现象均分为3个阶段，认为级配石料在压缩过程中分为初步压实、破裂压密和整体稳定压实 3个阶段。

2）在压缩过程中从轴向压缩率与轴压的关系可得到压力增量相同的情况下，轴向压缩率较大则模拟石料增阻较慢，不利于基本顶来压时巷道的维护，所以当泰波系数n=0.6时的级配增压最快。

3）在压缩过程中，从轴向压缩率与侧向微应变的关系比较分析可看出：当泰波系数n=0.6时，在相同最大侧向微应变时，轴向应变越小的越能说明级配石料在钢桶内形成的结构稳定，侧向膨胀越小。所以从轴向应变与厚壁钢桶侧向微应变关系方面分析看出当泰波系数n=0.6时的级配效果最好，从而为可缩自适应墩柱在现场的石料选取提供一定的理论依据。

参考文献：

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