基于相似材料模拟的煤层群分组上行开采研究
基于相似材料模拟的煤层群分组上行开采研究
1 相似材料模拟简介
相似材料模拟是一种建立在相似理论基础上，用扩大或缩小的模型，去研究对应原型的力
学运动以及其它相关特性的一种实验方法。该方法在矿山、地质、水利以及建筑等领域应用广
泛。在采矿领域，该方法已经广泛应用于诸如测定矿山来压，岩层破坏运移，地下水渗透以及
无流动水的边坡稳定等问题的研究。相似材料模拟实验一般分如下几个步骤：
1）选定几何相似常数。根据要研究的采场埋深和采动影响范围以及现有架型综合确定。
常用的几何相似常数为 100 和200，根据采动影响范围，一般只模拟部分区域，地压欠缺部分
由特制铁块上覆来补偿，也可采用专门的加压装置，如油缸等。
2）选定容重相似常数，一般根据常用的模拟材料来选定。
3）算出时间、位移、弹模、粘结力和强度等的相似常数，这些常数均可根据相似理论由
几何相似常数和容重相似常数推导出来。
4）模拟材料的配制。常用的原材料分两大类：？骨料：主要有砂、粘土和铁粉等
粘结材料：主要有石膏、水泥、石灰和石蜡等。？最常用的是河砂、石膏和大白粉的组
合。
根据容重、弹模、粘结力和强度等相似常数，据原型的性质，确定出模拟材料的配比。
5）装模型，在试验台槽钢的保护下，按几何相似条件，逐层装上不同配比的模拟材料。
装的时候，一般虚铺 1～2厘米左右即用特制工具压实，压的时候注意用力均匀。各种不同的
地质条件均须采用特定方法进行处理。如节理面和夹泥层可用各种纸质互层处理，煤层可用粉
碎的煤渣来模拟。
6）模型在室温情况下自然干燥一段时间后，即可拆除用来起保护作用的槽钢，若是模拟
倾斜岩层的实验，可将试验台小心缓慢调整模型的倾角与煤层倾角一致，用测角器量测。所有
过程必须非常小心，否则会发生塌架而导致重装，浪费材料、人力和时间。
7）装上测定各种参数的装置或标志物。比如测定地面下沉量常用的百分表，测定相对位
移的贴片电阻，测定各点绝对位移用的小方格纸大头针。可用全站仪测定表面位移。
8）在模型上进行开采实验，选用对应的液压支架模型进行开采模拟支护，同时起测量支
撑力的作用。模型实验的时候要求严格遵循几何相似常数和时间相似常数，动作要小心仔细。
2 分组上行开采相似材料模拟研究
2.1 上分组覆岩两带运动与破坏特征模拟研究
相似模拟设计遵循容重相似，弹模相似、强度相似和应力相似等基本相似条件，结合研究
内容确定相似比如下：
1）比重相似比：设原形第层岩层的比重为，模型中该岩层的比重为，则比重的相似比
为：
2）强度相似
设原型中各岩层的单轴抗压强度为，模型中相应岩层的单轴抗压强度为设原型中岩层内的
应力，表示为，取强度相似系数：
2.2 上分组覆岩两带运动与破坏特征模拟研究
摘要：
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基于相似材料模拟的煤层群分组上行开采研究 1 相似材料模拟简介 相似材料模拟是一种建立在相似理论基础上，用扩大或缩小的模型，去研究对应原型的力学运动以及其它相关特性的一种实验方法。该方法在矿山、地质、水利以及建筑等领域应用广泛。在采矿领域，该方法已经广泛应用于诸如测定矿山来压，岩层破坏运移，地下水渗透以及无流动水的边坡稳定等问题的研究。相似材料模拟实验一般分如下几个步骤： 1）选定几何相似常数。根据要研究的采场埋深和采动影响范围以及现有架型综合确定。常用的几何相似常数为100和200，根据采动影响范围，一般只模拟部分区域，地压欠缺部分由特制铁块上覆来补偿，也可采用专门的加压装置，如油缸等...
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作者：闻远设计
分类：土木建筑化工水利
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