相似模拟试验论文

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1、充填开采相似模拟试验分析摘要：煤炭在我国能源体系中占有不可替代的位置，但是随着煤炭资源的逐步开发，连续出现了地表沉降、大变形等一系列问题，而充填开采不失为解决这一问题的主要措施。在现场很难对充填开采后上覆岩层的移动变形规律进行观测研究，然而可以通过在实验室进行充填开采的相似模拟试验，这样可以更加直观的对充填开采后回采工作面上覆岩层的移动变性规律以及地表的沉降范围经行分析总结，继而知道现场的施工。本文叙述了相似模拟试验原理及其准则，并学习了《薄煤层超高水材料充填开采相似模拟试验研究》这篇论文，指出了自己的学习收

2、获和对此实验的观占o八、、O关键词：相似模拟试验；相似原理；充填开采0引言相似模拟和数值模拟作为采矿实验技术的两大技术手段和方法，对采矿学科问题的研究起到了至关重要的作用。然而，物理相似模拟试验往往能够指导现场工程问题。在现场，受到观测手段的局限性和综采工作面顶板及上覆岩层运移过程的复杂性问题的限制，给采场矿山压力及其岩层控制的研究带来了困难。而实验室的相似材料模拟试验，可以直观有效地再现煤层的开采过程，特别是上覆岩层的变形、移动、垮落过程，因此相似材料模拟试验是深入认识和学习工作面顶板活动规律的主要研究方法

3、z—,其实质是用与原型力学性质相似的材料按照一定比例缩制成实验模型，然后在模型上开挖各类工程，通过对现场实际过程的模拟，观察和研究各岩层的变形、移动和破坏特征。它是一种科学的研究方法。相似模拟试验不仅可以研究传统的工作面回采过程中，上覆岩层的移动变性规律，并且还可以研究高水材料充填开采⑴、煤与瓦斯突出、煤岩巷道冲击破坏、锚杆支护、瓦斯抽放以及采空区防火等等问题。为了更好的保证矿山的安全生产，最大限度的开采矿产资源、减少矿产资源的浪费和损失，必须研究岩层活动规律和矿山压力，不断发展矿山支护技术。利用现有相似模拟

4、试验模型，无论是从理论本身，还是从工程实践的应用上都具有非常深远的意义，有利于进一步改善地下开采技术,提高采矿工程的经济效益。1相似模拟实验原理⑵1.1相似模拟实验原理相似模拟实验模型的制作是根据相似理论进行的，相似定理是相似模拟试验的理论依据，其一共包含三条定理，分别为相似第一定理、相似第二定理以及相似第三定理。相似材料模拟是试验中的重要部分，它是用与天然岩石物理力学性质相似的人工材料，按照一定的比例缩小做成模型，然后在模型中开挖巷道模拟采场工作，观察模型的变形、移动和垮落。要使模型中的情况如实反映原型中发

5、生的情况，必须根据问题的性质，确定原型与模型之间的相似关系和相似准则，原型与模型的相似一般必须具备下面几个相似条件：（1）儿何相似：模型与原型各部分的尺寸按照同样的比例放大或者缩小。（2）运动相似：模型与原型所有对应点的运动情况相似。（3）动力相似：模型与原型所有作用力相似。（4）应力相似、外力相似。（5）初始状态相似：模型与原型初始状态的岩体结构以及结构面上的力学性质等相似。（6）边界相似：模型与原型的给定位移以及所受外力相似。根据相似准则计算模型上相应的参数，为相似模拟试验提供理论基础。1.2相似材料的选

6、择相似材料包括骨料和胶结物两部分，其屮骨料有砂子、铝粉、云母粉等；胶结物有水泥、石膏、石灰、石蜡、水玻璃等。和似材料的强度取决于胶结物的强度，然而胶结物的强度取决于砂子和胶结物的比例及胶结物成分的比例，即材料配比，所以在模型试验之前，必须进行大量的相似材料配比工作，对每一种材料的配比都要进行力学性质的测定。影响石膏胶结材料力学性质的主要因素有水灰比、辅助胶结物、材料的配比、湿度的影响以及掺加剂对石膏和水泥凝I古I时间的影响。相似材料也要有一定的要求：材料的力学性质与模拟的岩层或者结构相似，模型破坏过程时，应使

7、相似材料的单向抗压与抗拉强度相似与原型；实验过程中材料的力学性能稳定，不易受外界条件的影响；改变材料的配比，可调整材料的某些性质以适应相似条件的需要；材料制作方便，凝固时间短，成本低、来源丰富。1.3相似材料模型制作相似材料是装在模型架上进行试验的，模型架是根据研究的内容和要求设计的O制作模型过程，所用的材料质量、体积以及配比，都是通过和原型比较计算得出的。应用试验台进行相似材料模拟实验，必须严格遵守操作规程和实验步骤，模型铺设的步骤为：检测并标定所用的仪器设备（如压力传感器、电子秤、静动态应力应变仪等）；在

8、试验台两端贴上标记纸，贴纸的时候尽量使两边对齐，否则在材料的铺设过程中会出现倾斜；在描板内表面涂上适量的油，这样做的目的是脱模比较容易；准确的称量计算好的材料用量，在搅拌的过程中尽量使材料混合均匀；逐层铺设并压实模型材料至标记纸的刻度线，在各分层之间均匀的撒适量的云母片，用来模拟岩层间的层理及弱面；在预定的模型位置上预埋应力传感器，并安装相应测试仪器；待模型干燥到一定程度后，方可拆除挡板，布置位移测