工作面相似模拟实验方案研究

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近景摄影测量在相似模拟实验变形测量中的应用研究

近景摄影测量在相似模拟实验变形测量中的应用研究相似模拟实验主要用于研究地下开采引起的岩层变形情况，通过对模拟对象开采过程进行变形测量，推断原型在实际生产中可能会发生的自然灾害。

本文提出一种基于近景摄影测量的量测手段。

在物理模型前方不同角度拍摄不同开采时段的全景序列影像，近景摄影测量中的重建方法解算监测点坐标，最后绘制监测点在开采过程中的位移变化图。

本文提出的方法可以改善传统测量方法存在的弊端，具有设备简单、测量速度快、精度高等优点，可以实时快速获取点物信息。

标签：模拟实验；平面检校；仿射变换；核线约束；光束法平差1 概述模拟实验隶属于岩石力学实验模拟技术，该技术大多数用于对模拟岩土工程中部分工程结构进行研究。

模拟实验物理模型是在室内用某种人工材料，根据相似原理做成相似模型，在进行模拟实验时，通常多采用缩小比例或放大比例来制作模型；然后借助测试仪表观测模型内力学参数及其分布规律，通过对模型上应力、应变的观测来认识与判断原型（模拟实体）上所发生的力学现象和应力-应变的变化规律，以便为岩土工程设计和施工方案的选择提供依据，从而解决实际生产问题。

本文以模拟实验物理模型为研究对象，近景摄影测量方法为量测手段，研究模型在地下开采作用下的岩层变形情况。

2 近景摄影测量下的三维重建根据本文提出的方法量测模拟实验物理模型上监测点的三维坐标，需要提供的原始数据有：影像的内、外方位元素，控制点像方、物方坐标，监测点像方坐标。

2.1相机检校相机检校是检查和校正摄影机（摄像机）内方位元素和光学畸变参数的过程，它是从二维图像获取三维信息必不可少的步骤。

数码相机检校的目的是恢复每张影像光束的正确位置，即利用内方位元素恢复摄影中心与像片间的相对关系。

2.2 像点提取控制点均匀布置在物理模型周围框架，监测点均匀布置在模拟煤层上覆岩层表面，三维重建前需要在影像上提取其对应的像点坐标，为后续光束法平差做准备。

像点的提取、识别大致分为以下步骤：①预处理：包括二值化，边缘提取；②聚类；③识别基准点；④识别编码点。

采矿工程结课论文5000字_采矿工程结课毕业论文范文模板

采矿工程结课论文5000字_采矿工程结课毕业论文范文模板采矿工程结课论文5000字(一)：浅析采矿工程实验室的建设与管理论文摘要：采矿工程是一门应用性较强的工程学科，对采矿工程专业学生的实践能力和创新能力要求较高，为强化采矿工程实验室在学生培养中的服务效果。

从教学、科研、设备管理及服务对象四方面分析了采矿工程实验室建设和管理中存在的问题，论述了采矿工程专业实验室建设的必要性及采矿工程实验室建设的现状。

从教学、科研实验室的建设、实验室开放运行模式、实验室队伍建设及校企合作等方面提出了采矿工程专业实验室建设与改革的有效对策，为我国采矿工程类院校的实验室建设与管理提供一定的借鉴。

关键词：采矿工程；实验室；建设与管理；对策0引言随着科学技术的进步，各大高校纷纷扩招，而开设采矿工程专业的院校也在逐渐增多，社会对人才的需求量也逐渐增加，同时对人才的实践能力和创新能力的要求也更高，这就要求各大高校和科研院所能培养出更多高质量的复合型人才[1-4]。

采矿工程是一个工程应用较为明显，且实践性要求较高的学科，这就要求在采矿工程专业扩招的同时，采矿工程实验室的建设也需与其共同发展[5-6]。

培养实践能力和创新能力强的专门型人才在很大程度上取决于该学科实验室的教学水平，而实验室教学水平高低又主要取决于实验室建设和发展的好坏[7-8]。

采矿工程作为一个传统的行业，主要侧重于地下岩土体的开挖、边坡稳定性分析、水利工程等，对专业的实践能力要求更为明显，因此，必须采取强有力的措施，推动全国高校采矿工程专业实验室的建设与管理，更好地为采矿工程专业学生服务[9]。

1采矿工程专业实验室建设的必要性(1)人才培养的需要。

矿产资源作为国家资源的命脉，对国家的经济发展具有重要的推动作用。

采矿工程作为我国相对较传统的学科之一，主要培养具有矿山开采施工、设计及科研方面的实践型和创新型人才[10-12]。

在过去10多年间，由于社会经济的大力发展，采矿工程学科也得到了较大发展，需要进行采矿工程实验教学和科研的学生人数在大幅增加，同时采矿工程也由宏观的研究逐渐向细观研究方向发展，这对实验设备的要求也更高。

缓倾斜超近距离煤层开采相似模拟实验研究

Ｋｅｒｓｃａｓａｏｉｔｌｐｄｃｓｇ；ｑｉａｎｔｉｌｓｌｅｐｒｎ；ｎｎｈｍｅｙｗｏｄ：ｏｌｅｍｆｌｏｅｏｅａｅｅｕｖｌｔｅａ：ｉａｄｅｅｉｔｍｉｉｇｓｅｓｇｓｈｎａｌｒｎｅｍａｒｍｕｔｘｍｅｃ
摘
要：为了确定缓倾斜超近距离煤层的合理开采方案，采用相似材料模拟实验研究的方法，采用现场所取的煤
样、岩样在实验室进行测试而获得的煤层有关的物理力学参数，对缓倾斜超近距离煤层的不同开采方案进行了相似材料模拟实验研究，得出了开采过程中工作面顶板活动的规律和矿压显现规律，从而确定了合理的开采方案。该研究成果对国内同类煤层的安全高效开采具有一定的参考价值和指导意义。关键词：缓倾斜超近距离煤层；相似材料：模拟实验；开采方案
Ｍａ２０ｙ０ｌ
Ｓｔ．ｕ￣Ｄ１
文章编号：１０ —５２２１）刊Ｉ０６－３０８０６（００增－０９０
缓倾斜超近距离煤层开采相似模拟实验研究
李春林，王志刚
（宁工程技术大学力学与工程学院，辽宁阜新１３０；辽宁省第四地质大队，辽宁阜新１３０）辽２００２００
ＡｂｔａｔＩｕｐｓｏｍａｅｓｒｅｍｏｅｒａｏａｌｏｌｓａｍｉｉｇｓｈｍｅｏｌｈｌｐｎｌｓｓｒｃ：ｔｓａｐｒｏｅｔｋｕｅｔｒｅｓｎｂｅｃａｅｍｎｎｃｅｆｓｉｔｓｏｅａｄｃｏｅｉｈｇｒｇ．ｓｄｏｅｄｃａａｌｄｉｖｌｅｈｓｃｌａａｅｅｓｍｅｓｒｄｉａｏａｏｙｄｆｒｎｎｎｎａｅＢａｅｎｆｌｏｌｓｍｐｅａｓｉｏｖｄｐｙｉａｒｉｎｔｎｐｍｔｒａｕｅｌｂｒｔｒ，ｉｅｅｔｍｉｉｇｎｆｓｈｍｅｒａｒｄｏｔｉａｏａｏｙｍｅｎｆａａｏｙｍｅｈｄｎｄｔｅｍｏｉｇｒｇｌｒｙａｄｓａａｃｅｓｗｅｅｃｒｉｕｎｌｂｒｔｒｂａｓｏｎｌｇｔｏ．Ａｈｖｅｕａｉｅｙｎｔｎｔｔｒｂｈｖｏｆｒｏｆｗｏｋｎａｅｗｅｅｒｖａｅ．ＳｅｓｎｂｅｍｉｉｇｓｈｍｅｓｄｔｒｎｄＴｅｒｓａｃｅａｉｒｏｏｆｏｒｉｇｆｃｒｅｅｌｄｏｒａｏａｌｎｎｃｅｓｗａｅｅｍｉｅ．ｈｅｅｒｈｒｓｌａｅｒｆｒｎｉｌａｕｄｍｅｉｇｏｕｄｃｏｅｓｆｄｈｇ — ｆｃｅｔｏｌｘｌｉｔｎｅｕｔｈｖｅｅｅｔｌｅａａｎｆｉａｅｆｒａｅａｉｈｅｉｎａｐｏｔｉ．ｓａｖｎｎｇｎｈｔｎｉｃｅａｏ

《相似模拟方法简介》课件

计算模拟法
通过计算机模拟来预测现象，可以快速获得结果。但模型的精确性依赖于输入参数的准确性。
相似模拟方法的未来发展
随着科学和技术的发展，相似模拟方法将继续在各个领域发挥重要作用。 • 更精确的模型设计和实验设备 • 更高效的数据分析和模型推广方法 • 与计算模拟方法的结合应用 • 更广泛的应用范围，包括生物医学、环境科学等
够在实验室中重现真实的条件。
3
实验执行
接下来，我们进行实验，并记录数据以
结果推广
4
供分析和解读。
最后，我们将实验结果推广到真实的情况中，以便提供有效的解决方案。
相似模拟的工程实例
பைடு நூலகம்
1 桥梁设计
相似模拟方法在桥梁设计中被广泛应用，以评估结构的稳定性和荷载承受能力。
2 海洋工程
海洋工程中的相似模拟可用于研究海浪、海流和海洋结构物的动力响应。
空气动力学
在空气动力学领域，相似模拟方法被用于研究飞机、汽车和建筑物的空气流动特性。
生物化学
在生物化学研究中，相似模拟方法可以帮助科学家们更好地理解和研究生物分子的结构和功能。
相似模拟方法的基本步骤
1
问题定义
首先，我们需要明确研究的问题，确定
模型设计
2
需要模拟的现象和场景。
然后，我们设计一个缩比模型，使其能
3 风电场模拟
相似模拟方法可用于研究风电场的风能捕获效率和风机布置优化。
4 建筑火灾排烟
相似模拟可以帮助设计有效的建筑火灾排烟系统，确保人员安全。
相似模拟法与计算模拟法的比较
相似模拟法和计算模拟法都可以用于研究和预测现象，但它们各自有不同的优缺点。
相似模拟法

模拟仿真实验研究

模拟仿真实验研究模拟仿真实验是一种重要的科学研究方法，它通过利用计算机技术对现实世界的各种复杂环境和问题进行模拟与仿真，以评估不同的方案和策略的可行性和效果。

本文将介绍模拟仿真实验的概念、意义和应用，并针对其中的两个具体案例进行分析。

一、概述模拟仿真实验是一种基于虚拟环境的实验方法，它通过创建一个具有与真实环境相似特性的虚拟环境，使用计算机模型和算法来模拟和仿真真实环境中的各种物理、化学、生物过程，并对这些过程进行定量分析和评估。

相比于传统的实地实验，模拟仿真实验具有成本低、安全性高以及结果获取迅速等优势。

二、意义1. 研究可行性评估：模拟仿真实验可帮助研究人员在开始实际操作之前，对各种方案和策略的可行性进行评估。

通过模拟仿真实验，研究人员可以预测不同方案的结果，并据此选择最佳方案。

2. 优化设计：在产品或系统设计阶段，模拟仿真实验可以有效地评估和优化设计方案，降低实验成本和时间，提高设计效率。

3. 风险评估与决策支持：在复杂环境中，模拟仿真实验可以用于评估环境风险和威胁，帮助决策者做出合理决策，并制定相应的措施。

三、应用案例1. 环境污染防治以环境污染防治为例，模拟仿真实验可以模拟和评估不同的环境污染防治措施的效果。

例如，在城市交通拥堵问题中，研究人员可以通过模拟仿真实验，模拟不同车流规模和交通管制措施下的交通流动情况，进而评估各种措施的效果和可行性。

2. 医疗系统优化模拟仿真实验在医疗领域的应用也十分广泛。

例如，在医院急诊科的优化设计中，研究人员可以通过模拟仿真实验，模拟和分析不同的医院布局、医生配备等因素对患者等待时间和医疗资源利用率的影响，从而优化急诊科的运作方式。

四、总结模拟仿真实验是一种重要的科学研究方法，它通过计算机技术模拟和仿真真实环境中的各种复杂过程，具有成本低、安全性高和效率高等优势。

它在可行性评估、优化设计和决策支持等方面具有广泛应用。

通过模拟仿真实验，我们可以更好地理解和掌握复杂环境和问题，并以此为基础进行更准确、有效的决策和方案选择。

正断层下盘工作面开采覆岩离层演化规律

正断层下盘工作面开采覆岩离层演化规律徐传伟【摘要】针对断层存在条件下,采用相似材料模拟试验研究了断层影响下离层空间的演化过程,分析了离层空间的层位演化和横向扩展规律.研究表明:在断层未活化前,岩层组合失稳运移形成离层,并随着工作面的推进,离层层位高度不断上升;当断层活化后,覆岩发生剧烈运动,导致离层层位高度急剧增大,此后随着工作面的推进直至揭露断层,离层层位高度不在增加;离层的横向跨度,直至断层活化前随着工作面的推进不断增加,当离层的跨度扩展至断层处,由于断层的阻隔作用,离层横向跨度不在变化.%For fault existing conditions, the similar material simulation test study on the evolution process of abscission layer under the influence of fault space, analyzes the horizon of abscission layer space evolution laws and lateral extension.Studies show that the fault before activation, strata combination form abscission layer instability of migration, and with the working face advancing, rising from the layers of a highly;After the fault activation, strata intense movement occurs, leading to a sharp increase is seen from the layers of a highly, along with working face advancing until reveal faults, from layers of a height not increase;Before the transverse span of abscission layer until fault activation with increasing working face advance, when the span of abscission layer extended to DuanCengChu, due to the fault block, abscission layer transverse span is change.【期刊名称】《煤》【年(卷),期】2017(026)003【总页数】4页(P4-6,9)【关键词】断层;覆岩离层;模拟试验【作者】徐传伟【作者单位】山东科技大学矿山灾害预防控制省部共建国家重点实验室培育基地,山东青岛 266590【正文语种】中文【中图分类】TD323在煤炭开采过程中，由于形成采动空间，上覆岩层必然会发生破断、弯曲、变形，由于岩层的挠度不同，必然导致岩层间出现不同步的弯曲沉降，从而导致离层的出现。

相似理论与模型试验

cL
.c
2 L

c
3 L
CI=C
4 L
3.1.2 物理相似荷载相似——模型与原型在对应点上同一时刻的对应荷载成比例。（荷载方向相同，大小成比例）。
集中荷载相似：
p1 p1'

p2 p2'
cp
（集中荷载相似常数）。
令几何相似常数荷载集度相似常数
cL

L L
Q
cq=
q q

Q'
X
cQ c p cL cL
[解] y=f(q，EI，L) 基本量纲：[F] [L] 静力学问题，与时间无关。 [y]=[L] y=k qa(EI)b.Lc [L]=k[FaL-a.(FbL-2b.L4b).Lc]
[L]：1=-a-2b+4b+c [F]：0=a+b
a2bc 1 ①
②
a b
∴ 3b c 1
一个物理方程各项的量纲相同，称为量纲齐次原则。
对于完全方程，除以方程中的任一项，将变为无量纲的量。
如
：
s=v0t+
1 2
gt
2[L]
但对于非完全方程如P=0.013H(重液公式)则不成立。
2.6 量纲分析基本量纲为: [L][M][T]
例1、现在研究一个动力学问题，即m、t、v、F间相系，简写为：
F=f(m,t，v) F=k.ma . tb.vc
[F]=k[MaTb
Lc Tc
]
①
[F]=[M.L.T-2 ] ②
两式量纲相同：a=1,
a 1
b-c=-2 c=1
mv
所以 F=kmt-1v=k(

采动覆岩移动规律的相似模拟实验研究

（ｉｅｓｙｏＳｉｃＵｎｖｒｔｃｎｅｉｆｅ
ＭｉｉｇＴｅｈｏｏｙ）ａｃｎｌｇｅｉｇ）ｎｎｃｎｌｇｄｎＴｅｈｏｏｙＢｉｎｊ
ＡｂｔａｔＴｈｈｒｃｅｉｔｓａｄｔｅｄｓｒｕｉｎｒｌｆｔｅ“ ｈｅ — ｎ ’ ｏｈｖｒｙｎｏｋｉｎｒｉｇｓｒｃｅｃａａｔｒｉｎｈｉｔｉｔｅｏｈｔｒｅｚｅ’ ｆｔｅｏｅｌｉｇｒｃａｍｉｅｗｏｋｎｓｓｃｂｏｏｓｏｎｗｅｅｓｕｉｙｅｕｖｌｎｔｒａｉｌｔｎ．Ｔｈｅｅｏｍｅｔｔｎｅｃｐｏａａｉｎｒｌ，ｘｓｅｃｃｐｎｈｐｒｔｄｅｂｑｉａｅｔｄｍａｅｉｌｍｕａｉｓｏｅｄｖｌｐｎｅｄｎｙ，ｒｐｇｔｅｅｉｔｎｅｓｏｅａｄｓａｉｏｏｅｎｓａｅｏｅｅａａｉｎａｄｉｓｒｌｔｎｗｉｈｔｅｗｏｋｎａｅａｖｎｅｗｅｅｄｆｅ，ｐｏｉｉｇａｍｐｒａｔｔｅｒｔａｐｃｆｂｓｐｒｔｎｔｅｉｔｈｒｉｇｆｃｄａｃｒｅｉｄｄｏａｏｎｒｖｄｎｎｉｏｔｎｈｏｅｉｌｃｂｓｓｆｒｇｉｉｇｔｅｅｇｎｒｎｒｃｉｅａｉｏｕｄｎｈｎｉｅｉｇｐａｔ．ｃ
ＺａｇＪｎｕｎｈｎｉｑａａ
（ｉｅｓｙｏｃｎｅＵｎｖｒｉｔｆＳｉｃｅ

大采高综放工作面应力分布相似模拟研究

方法的应用，和对生产文践具有指导作用义章以矿井地质条件为基础，采煤高度取４ｍ，采放比按１３考虑，对大采高：
综放工作面支承压力分布特征进行相似模拟实验分析。
图１钻孔岩综合柱状图
２模型架及相似系数的确定
模型架要求有足够大的刚度，且具有一定的宽度，以保证模型的稳定性。根据现有试验条件，在中国矿业大学（京）北采矿工程实验室ＥＷＭ二维相似模拟实验台４２．ｍＸ０２ｍ × ．ｍ（Ｘ宽 ×高）格的钢模型架上进行试验，．５２０长规根据选定模型架尺寸及其他条件综合考虑，确定相似系数
０４０）５００３．邢台学院地理系，河北邢台
摘
要：根据当前综放开采技术发展水平，通过相似模拟分析大采高综放工作面支承作面支承压力变化规律，可进一步推动这种采煤方法的应用，对煤矿生产实践具有一定的指导作用。关键词：大采高综放；相似模拟；应力分布中图分类号：Ｔ３Ｄ１文献标识码：Ｂ文章编号：１７０５（００１＿Ｏ０《６１— ９９２１）２（７－２））
— —
．
原型尺寸，ｍ。
２）时间相似系数。取时间相似系数为：
。ｍｔ／ｆ＝１．５＝ｔ／＝￣ｎ２２
式中￡— — 模型过程时间，ｈ；

寺家庄煤矿15106采煤工作面覆岩裂隙“三带”规律研究

Vol. 30 ! No. 3Mar 2021第30卷第3期2021年3月中国矿业CHINA MINING MAGAZINE寺家庄煤矿15106采煤工作面覆岩裂隙“三带”规律研究余北建(阳泉煤业(集团)有限责任公司,山西阳泉045000)摘要：为研究寺家庄煤矿15106工作面回采过程中上覆岩层裂隙的动态发育规律，基于工作面覆岩地质条件，采用理论分析、数值模拟和相似模型实验的方法研究覆岩裂隙的发育，并划分“三带”。

依据矿业控制理论，得到垮落带高度为14.37〜17.25 m,裂隙带高度为54.8〜72.6 基于UDEC 软件，模拟得到 k 2石灰岩底板距离煤层顶板18 m 为跨落带高度，毗石灰岩底板距离煤层顶板66 m 为裂隙带高度&根据相似模型实验得到垮落带高度为18 m,裂隙带高度为64 理论分析、数值模拟和模型实验得到覆岩“三带”高度基本一致，以坚硬的石灰岩高度为准，确定垮落带高度18 m,裂隙带高度66 m,为高抽巷层位选取提供了一定的理论指导&关键词：覆岩；裂隙；UDEC 软件；相似模型；三带中图分类号：TD821 文献标识码：A 文章编号：10044051(2021)03019305Study on the “three zones ” of overburden fracture in the 15106 coalface of Sijiazhuang coal mineYU Beijian(Yangquan Coal Industry (Group ) Limited Liability Company ， Yangquan 045000， China )Abstract : In order to study the dynamic development law of overlying strata fissures during the miningprocessof15106 workingfaceinSijiazhuangcoalmine !basedonthegeologicalconditionsoftheoverlying strataoftheworkingfacetheoreticaldevelopmentnumericalsimulationandsimilarmodelexperimentsareusedtostudythedevelopmentofoverburdenfractureszones Accordingtothe miningcontroltheory the heightofcavingzoneis14 37-17 25 m !andtheheightoffracturedzoneis54 8-72 6 m Based on theUDEC software,the simulation results show that the k 2 limestone floor is 18 m from the roof of the coal seam and the height of the k 4 limestone floor is 66 m from the roof of the coal seam. According to thesimilarmodelexperiment !theheightofcavingzoneis18 m !andtheheightoffracturedzoneis64 m. Theoreticaldevelopmentnumericalsimulationandmodelexperimentsshowthattheheightof “threezones ” oftheoverburdenisbasica l ythesame.Basedontheheightofthehardlimestonetheheightofcavingzoneis18 m !andtheheightoffracturedzoneis66 m.Theresultsprovidesometheoreticalguidancefortheselectionofhighdrainagelanes.Keywords : overlying rock ； fracture ； UDEC software ； similar model ； three-zone传统“三带”理论认为1，工作面向前推进，顶板岩层悬露继而破坏垮落，在顶板垮落过程中，上覆岩层可形成垮落带、裂隙带和弯曲下沉带，三个岩层移动和变形各有特点的空间区域。

相似材料模拟方法

②两个相似现象的物理方程可以用这些物理量的（n-m）个无量纲的关系式来表示，而π1、π2、 π3、πn-m之间的函数关系为：
f 1, 2 , , nm 0
上式称之为判据关系式或关系式。
③如果在所研究的现象中，没有找到描述它的方程，但对想象有决定意义的物理量是清楚的，则可通过量纲分析运用定理来确定相似判据。
Rt N/cm2
0.56,0.44,0.36 0.94,0.64,0.45 1.39,1.09,0.57 2.05,1.70,0.70 3.23,2.05,1.65 4.92,3.63,1.95 7.51,5.73,4.30 9.68,7.33,4.72 10.27,8.32,5.22 11.27,10.71,5.94 12.41,11.20,7.57
Rt (N/cm2)
4.4 2.3 1.9 2.7 2.5 1.8 2.4 1.4 1.2 1.5 1.3 0.9
RT
RC
1/8.4 1/10.9 1/7.4 1/11.0 1/8.3 1/13.3 1/7.4 1/7.6 1/7.8 1/8.2 1/8.0 1/7.3
相似材料
重度 N/cm3
备注
1.510-2
E
Ep Em
p m
（7-4）Байду номын сангаас
在弹性范围内，原型与模型都应满足微分平衡方程。满足该方
程的相似指标为：
1 l
（7-5）
同时也应满足： E 。
2)研究围岩的破坏过程
a) 主要的相似常数除了满足上述应力与变形的条件外，在这类问题中还应满足强度相似的要求。严格地讲，应当使模型材料与原型材料的强度曲线相似。但这一要求往往很难完全满足。通常多采用简化的办法，即取摩尔圆的包络线为直线。为保证原型与模型两直线型强度曲线的相似，只要满足

上覆岩层运动规律的相似模拟试验研究

郑军：上覆岩层运动规律的模拟试验相为了真实准确地掌握上覆岩层的运移变化规
位置距离煤层顶板４５ｍ，即煤层直接顶板砂质泥．
岩与老顶石英砂岩交接处；在距煤层顶板３离０ｍ处
为０２～０６ｉ．．ｎ的碳质泥岩，直接底为厚度４—７ｎＩ的泥岩，基本底为泥岩。
模型架要求有足够大的刚度和一定的宽度，以保证模型的稳定性。根据现有试验条件，定在决
２１年第１０１期
落带、断裂带的高度，究了上覆岩层运动的过程、化及特点，出了上覆岩层的运动规研变得律，有利于指导工作面的安全生产。关键词：顶煤开采；放相似模拟；上覆岩层；运动规律
中图分类号：Ｄ２Ｔ３５文献标志码：Ｂ
架的尺寸及其他条件综合考虑，按照相似理论确定
相似系数：型的几何相似比为１０视密度相似比模０，为１６时间相似比为１，力相似比为１０．，０应６。由于无现场应力场资料，以近似认为是均质重力场，可所
以初始应力场是相似的。
煤
６
炭
科
技
２１年第１０１期
Ｎｏ．１２１０１
ＣＯＡＬＣＩＳＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＭＡＧＡＺＮＥＩ
文章编号：０８３３（０１Ｏ — ０６０１０ — ７１２１）１００ — ３

工作面开采矿压显现规律预测的相似模拟研究

一
图３压力盒支承压力曲线从图中可以看出随工作面的推进：（）工作面前方距离测点５ｍ以外范围，点的应力变化不是很１在０测明显；在工作面前方２ — ０５５ｍ范围内，随着工作面的推进，测点处应力逐步上升；在工作面煤壁前方２ｍ一０５１ｍ范围内，该段应力逐渐上升，应力曲线斜率很大，应力增加很快，受采动影响剧烈。工作面前方１ｍ处５出现支承压力峰值，峰值应力集中系数为２左右。．７（）２在工作面前方１ｍ一ｍ段内，００煤体内应力急剧下降，明前方说煤体经历了压缩变形以后，煤层形态开始变为塑性状态；同时说明煤体由三向受压逐渐变为单向受压状态，其承载能力急剧下降。
辑者蛳ｌ口压力＋盒ｏ位懒点移ｌ，
８０
；
０２０４Ｏ６０８０
Ｖ
—６０
－０４
－０２：
距工作面距离／ｍ
图１测点布置图如图１所示，在模型内煤层内部布置一组（个）４压力盒、１内布ｌ煤置一组（个）２压力盒、１１煤顶板处布置一排位移测线。压力盒采用ＹＳＢ微型压力盒、变仪、应计算机全程自动采集数据，位移测线采用采用 ±２级电子经纬仪观测。 ”
１引言．
淮南某矿１槽工作面是该矿南翼首采面，３该面的开采顶板矿压规律、采动破坏规律等的研究对于该区其它工作面的设计开采、板１底ｌ槽煤影响规律等具有重要的参考意义。现场的矿压研究需要耗费大量的人力、物力、财力，现场顶板的围岩运动情况，且无法直接看到。用相似模拟研究成本低、能看出采动过程中围岩的破坏的总体趋势，且对于围岩的控制有指导意义。因此，验室相似模拟为矿压的研究提供了实

综放采场围岩压力分布规律相似材料模拟实验研究

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第１２卷第６期（总第７９期）
２００７年１２月
煤
矿
开
采
Ｖ１１ｏ６（ｅｅｏ７）ｏ．２Ｎ．ＳｒｓＮ．９ｉ
Ｄｃｍｂｒ２０ｅｅｅ０７
ＣａｎｎｅｈｏｏｙｏｌＭｉｕｆｍｎＩＣｎ，ｕ－ｇ，ＬＵＱａ－ｉｇｅｌ
（．ＡｊｉｇＵｄｒｒｕｄＭｉｅＰｎｓｕｏｌｏｐｒｔｎＳｕｚｏ３００ｈｎ；１ｎｉｎｎｅｏｎｎ，ｉｇｈｏＣａＣｒｏａｏ，ｈｏｈｕ０６０，Ｃｉａｌａｇｉ
［中图分类号】Ｔ３２Ｄ２
［文献标识码］Ａ
［文章编号］１０－２５（０７６０６－４０６６２２０）０－０４０
ＳｍｉａｍｕａｉｎＲｅｅｒｈｏｅｓｅＤｉｔｉｕｔｏｆＳｒｕｉｇＲｏｋｉｌｒＳｉｌｔｏｓａｃｎＰｒｓｕｒｓｒｂｉｎｏｕｒｏｎｄｎｃｉｎＦｕＵ－ｃａｚｄＣａｉｉｉｇＦｉｌｍｅｈｎｉｅｖｎｇＭｎｎｅｄ
１相似模拟实验设计
［摘
要】以某矿１２３２１（）综放工作面为条件，根据相似理论，对综放采场上覆岩层变形规
律、支承压力沿走向和倾向分布规律、支承压力在底板岩层中的传播规律及采场围岩巷道支架变形规
律进行相似材料模拟实验，并与井下实测数据进行了对比。结果表明，相似材料模拟结果比较可靠，为综放采场围岩控制提供一定的理论依据。［关键词】综放采场；支承压力；围岩控制；相似材料实验模拟

相似模拟实验和数值模拟在岩土工程中的应用及实际案例

相似模拟与模型实验在岩土工程中的应用相似模拟与其它一样是社会生产进展的必然产物。

由于社会生产的不断进展，岩土工程所提出的问题日趋复杂和繁琐。

用数学方式很宝贵到精准的解析解，只能作一些假设与简化再求解，因此带来一些误差。

于是人们不能不通过实验的方式来探求那些靠数学方式无法研究的复杂现象的规律性。

可是直接的实验的方式有专门大的局限性，其实验的结果只能推行到与实验条件完全相同的实际问题中去，这种实验方式常常只能得出个别量的表面规律性关系，难以抓住现象的内在本质。

《相似模拟》正是为解决这些问题而产生的，它不直接的研究自然现象或进程的本身，而是研究与这些自然现象或进程相似的模型，它是理论与实际紧密相结合的科学研究方式，是解决一些比较复杂的生产工程问题的一种有效方式。

一、相似模拟与模型实验的方要研究内容它是研究自然界相似现象的一门科学。

它提供了相似判定的方式。

并用于指导模型实验，整理实验结果，并把实验结果用于原型的理论基础。

二、相似常数设c 表示相似常数，x 表示原型中的物理量，x ' 表示模型中的物理量，那么： i i i x x c '=其中i c 表示第i 个物理量所对应的相似常数。

物理量包括于现象当中。

而表示现象的物理量，一样都不是孤立的，互不关联的，而是处在自然规律所决定的必然关系中，因此说各类相似常数之间也是彼此关联的。

在许多的情形下这种关联表现为数学方程的形式。

下面举例说明：设两个物体受力与运动相似那么它们的质点的运动方程和力学方程都可用同一方程描述，即：原型的运动方程与物理方程dt ds v = dtdv m f = ① 模型的运动方程与物理方程 t d s d v ''=' t d v d m f '''=' ② 因为两个物体的现象相似，其对应物理量互成比例，即s c s s =' t c t t =' t c v v =' m c m m =' f c f f =' ③ ①，②，③联合取得1==c c c c st v ④ 1==c c c c c v m tf ⑤由④，⑤能够说明，各相似常数不是任意选择的，它们之间是彼此关联的。

综掘工作面混合式风流调控下的粉尘沉降研究

综掘工作面混合式风流调控下的粉尘沉降研究龚晓燕1，王天舒1，陈龙1，裴晓泽1，李相斌1，朱倩丽1，牛虎明2（1. 西安科技大学机械工程学院，陕西西安　710054；2. 陕西陕北矿业有限责任公司，陕西榆林　719000）摘要：煤矿掘进过程中粉尘聚集严重，目前针对综掘工作面混合式风流调控下粉尘沉降规律及优化的研究还不够深入。

基于混合式风流调控系统，依托陕煤集团神木柠条塔矿业有限公司综掘工作面，分析了压风口距工作面距离、压风口右偏角度、压风口口径、抽风口距工作面距离和压抽比等混合式风流调控参数对粉尘沉降规律的影响：随着压风口距工作面距离增加，司机处和回风侧行人呼吸带截面大颗粒粉尘占比先增后减再增，小颗粒粉尘占比增加；随着压风口右偏角度增加，司机处和回风侧行人呼吸带截面大颗粒粉尘占比变化明显；随着压风口口径增加，司机处截面小颗粒粉尘占比先增后减再增，回风侧行人呼吸带截面大颗粒粉尘占比先增后减；随着抽风口距工作面距离增加，司机处截面大颗粒粉尘占比先增后减，小颗粒粉尘占比先增后减再增，回风侧行人呼吸带截面粉尘粒径分布变化不大；随着压抽比增大，司机处和回风侧行人呼吸带截面小颗粒粉尘占比减小。

以上述风流调控各参数为自变量，回风侧行人呼吸带全尘平均浓度和司机处呼尘平均浓度最低为优化目标，建立了粉尘沉降优化回归模型，利用粒子群优化算法求解模型，得到最优风流调控方案：压风口距工作面距离为8.9 m ，压风口右偏角度为14.8°，压风口口径为0.9 m ，抽风口距工作面距离为4.3 m ，压抽比为1.1。

搭建了风流调控下粉尘沉降实验平台，实验结果表明：测试值与粉尘沉降优化回归模型的模拟值误差在13%以内，验证了模型的准确性；优化后粒径为71～100 μm 的粉尘受风流调控参数影响明显，沉降在掘进机前方；优化后回风侧行人呼吸带全尘平均浓度和司机处呼尘平均浓度分别降低了47.4%和42.4%，降尘效果明显。

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工作面相似模拟实验方案研究1 试验研究内容（1）顶板的初次来压步距、冒落带裂隙带高度及分布形态；（2）煤层上山煤柱的留设。

（3）沿煤层推进方向支承压力的分布曲线。

2 相似模拟试验原理相似材料模拟试验结果的可靠性取决于模型与原型之间的相似程度。

相似材料模拟试验的基本原理是相似理论，其主要原理是三个基本相似定律：（1）相似第一定律（相似定律）：对于两个相似的力学系统，在任一力学过程中，它们对应的长度、时间、力和质量等基本物理量应当具有：几何相似、动力相似和运动相似。

（2）相似第二定律（Π定律）：两个相似现象的基本物理方程可以用量纲分析的方法进行转换。

对于所研究的对象，尚无法建立描述其特性的表达式，但知道决定其意义的物理量，就可以通过量纲分析的方法，确定相似判据，从而为建立模型与原型之间的相似关系提供依据。

（3）相似第三定律（相似存在定律）：只有具有相同的单值条件和相同的主导相似判据时，现象才互相相似。

其中，单值条件为：①原型与模型的几何条件相似；②在所研究的过程中具有显著意义的物理常数成比例；③二个系统的初始状态相似；④在研究期间两个系统的边界条件相似。

主导相似判据为系统中具有重要意义的物理常数和几何性质组成的判据。

本方案依据相似定律，对于两个相似的力学系统，在任一过程中，它们相对应的长度、时间、力及质量的基本物理量满足如下关系：在同一特征和现象中，如表征现象的所有物理量在空间上所对应的各点和在时间上对应的瞬间各自互成一定比例，则现象相似。

相似现象的基本性质和被研究对象之间的相似特征可以用相似定理或理论来表示。

鉴于相似材料模拟的特点，模拟试验应满足：几何相似、运动相似、动力相似、边界条件相似、对应的物理量成比例，因此：(1) 岩石的变形特征相似，即模型上任一点、任一时刻的应变与原型上的点应变相似。

(2) 根据试验目的，在选择相似材料的要求上，由于条件限制，仅以强度（抗拉或抗压）指标作为主导特征。

(3) 模型线比hmh m h m l z z y y x x ===α=1/100 （2-1）式中：h x 、h y 、h z 是原型沿x 、y 、z 方向上的几何尺寸； m x 、m y 、m z 是模型沿x 、y 、z 方向上的几何尺寸；（以下带角标h 、m 的各种参数分别是指原型、模型上的参数） (4) 模型容重比 hmr γγα== 0.6 （2-2） (5) 材料强度与原型岩石强度的比例关系：h r l m σαασ= （2-3）式中：m σ、h σ——模型材料、原型岩石强度（抗拉或抗压） (6) 模型与原型的时间比l t αα== 1/10 （2-4）为时间模拟方便，取t α= 1/12 ，即模型每两小时为现场的一昼夜。

(7) 外载的比例关系h l r m P P 3αα= （2-5） (8) 弹性变形过程相似应满足h r l m E E αα= （2-6）3 相似材料模型设计3.1 原始条件某矿11煤工作面开采技术条件如下：工作面斜长250m，走向推进长度2800m、煤层厚度3.5m～4.5m，煤层倾角8°～10°、平均埋深800m。

煤层上山为矩形断面 4.5×3.5，采用锚梁网支护。

采煤工艺为综合机械化开采，日进尺8米。

煤层的顶底板岩性及有关力学参数见表。

工作面顶底板岩层力学参数表序号岩性厚度/m单向抗压/mpa单向抗拉/mpa弹性模量/Gpa泊松比内聚力/mpa内摩擦角/°容重/kN/m312 中砂岩12 53-85 5.6 5-8 0.15-0.3 10-40 45-60 24-26 11 砂质泥岩互层9 64-115 7.8-9 2-6 0.2-0310 13-1煤 3.5 129 泥岩 5 48-60 5-78 粉砂岩8 74-95 8-11 0.4~5 0.16-0.14 3.5-26 25-40 26-28 7 中砂岩 6 78-110 10-15 2.4~6.8 0.15-0.3 15-40 45-60 24-26 6 细砂岩8 66-95 7-12 1.2-2.3 0.25-0.35 3.5-26 20-41 26-28 5 泥岩 6 45-65 5-8.5 0.9~3.5 0.23-0.4 1.5-18 20-35 26-28 4 砂质泥岩7 56 6-12 0.6-4.5 0.25-0.35 4-10 30-40 23-26 3 中砂岩12 120-150 10-15 2.3~3.5 0.25-0.3 5-30 25-50 24-26 2 11煤 4.2 141 砂质泥岩 4 35-55 4.5-8.5 0.6-3.6 0.15-0.35- 0.18-18 20-40 26-283.2 模型制作3.2.1 模型架相似材料模拟试验在平面应力模型架上进行，平面架模拟外形尺寸为1.1⨯ 3.0⨯0.33m，平面模型架岩体力学参数如表1所示。

1 平面模型架模拟的岩体力学参数序号岩性厚度/cm累厚/cm单向抗压/mpa弹性模量/mpa泊松比内聚力/mpa内摩擦角/°容重/kN/m312 中砂岩12 84.2 0.318-0.51 30-48 0.15-0.3 0.06-0.24 45-60 14.4-15.611 砂质泥岩互层9 72.2 0.384-0.69 12-36 0.2-0310 13-1煤 3.5 63.2 0.0729 泥岩 5 60.2 0.288-0.368 粉砂岩8 55.2 0.444-0.57 2.4~30 0.16-0.14 0.021-0.156 25-40 15.6-20.8 7 中砂岩 6 47.2 0.468-0.66 14.4~40.8 0.15-0.3 0.09-0.24 45-60 14.4-15.6 6 细砂岩8 41.2 0.396-0.57 7.2-13.8 0.25-0.35 0.021-0.156 20-41 15.6-20.8 5 泥岩 6 33.2 0.27-0.39 5.4~21 0.23-0.4 0.009-0.108 20-35 15.6-20.8 4 砂质泥岩7 27.2 0.336 3.6-27 0.25-0.35 0.024-0.06 30-40 13.8-15.6 3 中砂岩12 20.2 0.72-0.9 13.8~21 0.25-0.3 0.03-0.18 25-50 14.4-15.6 2 11煤 4.2 8.2 0.0841 砂质泥岩 4 4 0.21-0.33 3.6-21.6 0.15-0.35- 0.001-0.108 20-40 15.6-20.83.2.2 相似材料的选择模型材料选用石膏混凝土，其主要成分为砂子、石膏、石灰等，改变胶结剂和骨料的组分，可以模拟不同类型的岩层。

砂子粒度以0.15mm~0.5mm为宜，石灰宜采用新鲜烧透的灰块，石膏为熟石膏。

3.2.3 模型制作准备工作该相似模拟试验采用平面应力模型试验，实验模型尺寸为L×B×H＝3000×300×1100mm，模型设计图如图1所示。

试验采用的应力传感器为BX120－50AA电阻应变计，用于观测煤层及围岩应力变化情况，数据采集系统采用7v14数据采集系统（包括数据采集设备、数据通讯设备、计算机、数据分析软件包等组成），可以直接将传感器测量的数据导入计算机，并进行动态采集和分析。

通过应变片观测顶底板裂隙发育的时间。

在模型表面采用十字布点法布置位移测点，观测覆岩位移场变化情况，采用NIKON NPL-821对测点进行位移观测。

如图2所示。

3.2.4 相似材料配比及测线布置根据现场及试验模型实际情况，依据相似模拟中的几何相似比、容重相似比、时间相似比；模型材料选用石膏混凝土，其主要成分为砂子、石膏、石灰等，改变胶结剂和骨料的组分，可以模拟不同类型的岩层。

砂子粒度以0.15mm~0.5mm 为宜，石灰宜采用新鲜烧透的灰块，石膏为熟石膏。

为了正确地确定相似材料配比，经多次反复调整材料配比，获得各层相似材料的配比如表2所示。

图1 平面模型架模型设计图表2 各岩层材料配比统计表岩层名称分层厚度 /cm 累厚/cm 配比号（砂：石灰：石膏：水）中砂岩 12 84.2 8:0.6:0.4:0.9 砂质泥岩互层 9 72.2 8:0.7:0.3:0.9 13-1煤 3.5 63.2 12:0.8:0.2:1.3 泥岩 5 60.2 10:0.7:0.3:1.1 粉砂岩 8 55.2 8:0.7:0.3:0.9 中砂岩 6 47.2 8:0.7:0.3:0.9 细砂岩 8 41.2 8:0.6:0.4:0.9 泥岩 6 33.2 10:0.7:0.3:1.1 砂质泥岩 7 27.2 10:0.3:0.7:1.1 中砂岩 12 20.2 7:0.6:0.4:0.8 11煤 4.2 8.2 12:0.5:0.5:1.3 砂质泥岩4410:0.3:0.3:1.1中砂岩砂质泥岩互层 13-1煤泥岩粉砂岩中砂岩细砂岩泥岩砂质泥岩中砂岩 11煤砂质泥岩11030040m 开切眼40m停采线根据经验，在工作面附近4个关键层里布置位移观测线，分别在距离11煤顶板5.0cm 的泥岩，距离11煤煤层顶板27cm 的粉砂岩，31cm 的泥岩，42cm 的粉砂岩里。

在11煤层顶底板布置压力盒。

位移标签布置在相同的关键层中，位移标签之间的距离取10cm ，距左边界取10cm ，距右边界取10cm 。

如图2所示模拟材料测点布置监测图。

图3是相似材料模拟实际效果图图2 相似模拟实验测点布置图图3 相似材料模型实际效果图中砂岩砂质泥岩互层 13-1煤泥岩粉砂岩中砂岩细砂岩泥岩砂质泥岩中砂岩 11煤砂质泥岩11030040m 开切眼40m停采线测线压力盒3.2.5 模型加载系统及模拟（1）试验加载值计算对于模型上未能模拟的上覆岩层厚度，需用加载的方法来模拟，模型上需要施加的重力载荷为：)(11H H q r H l m -=αγα式中：H γ——上覆岩层容重，其平均值约为20KN/m 3（粘土容重）。

其中：在相似材料模拟试验参数取值为：H —— 从地表至煤层的上覆岩层厚度，800m H 1 —— 煤层上面模型模拟的岩层厚度，80.2m 即：)(11H H q r H l m -=αγα=86.4 KN 。

相似模型所需补偿载荷约为：P m =86.4 KN 。

（2）加载方式相似模型试验采用机械杠杆进行配置。

实际图如下图所示图4 相似材料模拟加载图3.2.6 相似材料配比及用量计算根据工作面顶底板岩层力学参数表，经过合理的简化，并结合相似材料配比试验的研究结果，确定模型尺寸范围模型材料的配比，同时选用云母粉作为分层材料。