相似材料模拟

摘要： 为了研究工作面的布置方式对采煤沉陷的影响,以安山煤矿为例,采用相似材料模拟实验、数值模拟等研究手段,在3^(-1)号煤中布置面间煤柱宽度分别为20 m和40 m的2个工作面,在3^(-1)号煤的下方3号煤中布置一个工作面,且使该工作面中心与上层煤留设的煤柱中心重合,构建了双煤层工作面的2种布置方式。研究结果表明,留设不同宽度的煤柱,采用数值模拟和相似材料模拟得到的覆岩破坏变形特征基本一致。煤层重复采动工作面布置方式使工作面上覆岩层下沉形态呈现“W”型。工作面留设的煤柱越宽,煤柱上方覆岩下沉范围显著减小,对于覆岩的支撑效果越好,越能抵抗覆岩的移动变形,采煤沉陷越不明显。通过对结果的分析,在布置工作面时,适当的增加煤柱宽度,可以有效减缓采煤沉陷,为科学预防采煤沉陷灾害的发生提供了参考。

摘要： 断层是一种影响煤矿安全开采的特殊地质构造,特别是在煤层开采过程中,由于开采扰动打破了地应力的平衡,形成的垮落带和导水裂缝带与同区域的断层相互影响作用,导致断层活化和导水裂缝带异常,普通的地勘手段难以预测其变化过程。鹤岗矿区地层构造复杂,煤层倾角变化大且开采方式为多层厚煤层联合开采,为了较为准确判别煤层开采对断层的影响,进而评估发生水害的危险程度,建立了工程地质模型,采用相似材料模拟试验的方法模拟煤层开采,通过对应力变化和塑性破坏区发育的分析,最终判断9#煤和17#煤同时开采的情况下,产生的叠加异常导水裂缝带会使断层两盘岩层的天然平衡受到破坏,导致断层导水,威胁煤矿的安全生产,为煤矿防治水工作提供了理论依据。

摘要： 为掌握浅埋近距离煤层群下行开采覆岩破坏及裂隙带发育规律,以红柳林煤矿浅埋近距离煤层群开采为例,采用相似材料模拟和数值模拟研究,对浅埋近距离煤层群下行开采的覆岩破坏特征及裂隙带发育高度进行研究,结果表明:2^(-2)煤开采的初次来压步距约为60m,周期来压步距约为15m;2^(-2)煤覆岩关键层破断后,导水裂隙带高度增长速度变大,并直达地表,高度达165m,裂采比大于27.5;多煤层开采下,3^(-1)、4^(-2)煤层导水裂隙带高度发育至上覆煤层底板后均发生突增并直达地表,最终导水裂隙带高度为175m,煤层的重复采动使得地表移动和变形值增大,破坏程度增加;多煤层重复采动导致工作面两侧应力释放,较单煤层开采最大应力值变小。研究结果可为近距离多煤层的安全高效开采提供参考。

摘要： 为了研究方形巷道围岩拉剪破裂机制及其演化规律,基于有限元数值模拟试验和相似材料模拟试验,建立静水压力条件下平面应变方形巷道模型,对比分析了不同埋深条件下巷道围岩拉剪破裂网络发育及演化规律。结果表明:随着埋深增加,方形巷道围岩拉剪破裂网络以方形绕轴旋转的方式向巷道深部围岩扩展发育,剪切破裂首先由巷道4个角点形成并以剪切滑移方式发育扩展,拉破裂沿方形巷道围岩最大主应力方向发育;通过自行研制的双轴加载试验台进行相似材料模拟试验,发现剪切破裂首先出现在方形巷道4个角点,随着埋深增加,顶底板和两帮浅部围岩出现冒顶、底臌、片帮等现象,深部围岩出现剪切破裂并逐渐发育贯通;通过相似材料模拟试验与数值模拟试验对比,发现两者围岩破裂形式及塑性区形态基本一致,据此提出了方形巷道围岩拉剪破裂网络形态发育规律概念化模型,可为实现方形巷道的靶向支护提供理论基础。

摘要： 为了精确快速地获得矿山岩体内部动态变形数据,提出了采用近景摄影测量技术监测相似材料模型变形的方法。对该方法的监测精度进行了评定,并在实际相似材料模型中进行了应用研究。研究结果表明:建立模型对实际岩体的测距精度和点位精度提高效果明显;在实际相似模拟实验中,采用该方法可为矿山开采岩土体变形监测提供技术支持。

摘要： 陕北侏罗纪煤田普遍受到顶板水害威胁,开展覆岩破坏规律研究对矿井安全生产尤为重要。以袁大滩煤矿为例,通过地面钻孔冲洗液漏失量观测、压水试验等现场实测,结合数值模拟、相似材料模拟等手段,对矿井2号煤层11201首采工作面进行覆岩“两带”发育高度分析研究。结果表明:综合各方法结果,最终确定袁大滩煤矿2号煤层11201首采工作面顶板导水断裂带发育高度约为104.36~110.37 m,按照采高3.2 m计算,裂采比约为32.61~34.49倍,通过顶板水害分析评价,认为2号煤层开采不直接受上覆白垩系洛河组、第四系含水层和地表水的影响,未来顶板防治水工作,应主要对覆岩导水断裂带发育范围内的侏罗系延安组和直罗组含水层水进行疏干。

摘要： 根据侏罗纪煤层地质特征及其开采方法,通过理论分析,研究侏罗纪煤层开采、采空区形成过程中的围岩破裂特征及其时空演化规律.针对双纪煤层地质及水文地质特征,分析石炭二叠纪煤层开采过程中及开采后,双纪煤层间岩层的变形破坏、垮落和移动规律,计算分析导水裂隙带高度,及其与侏罗纪采空区底板裂隙带的连通机制,研究揭示大同矿区侏罗纪采空区围岩裂隙发育与积水运移规律,及其对石炭二叠纪煤层安全开采的影响,考虑到双系煤层开采复杂的工作面布置以及多煤层开采对覆岩岩性结构的扰动,相似材料模拟法弥补了经验公式法的不足,动态模拟煤层开采过程中上覆基岩变形破坏的范围及塑性分布情况,导水裂隙带高度模拟结果更接近实测值.

摘要： 针对综放工作面的覆岩采动裂隙演化规律问题,基于陕西彬长集团小庄煤矿40309综放工作面的煤层赋存条件,采用相似材料物理模拟试验及理论分析的方法,研究了综放开采过程中的覆岩采动裂隙演化规律.研究结果表明,在工作面推采过程中,上覆岩层在纵向上逐渐演化为冒落带、裂隙带、弯曲下沉带的"竖三带"分布,并在梯形台两侧形成了瓦斯上浮优势通道;模拟得到该工作面初次来压步距为36 m,平均来压步距38.7 m,裂隙带范围为37～80.45 m,与理论计算、现场实测值基本相符.得到了该工作面覆岩采动裂隙演化的形态与特征,为该工作面确定卸压瓦斯抽采钻孔参数提供了一定理论依据.

摘要： 随着煤炭开采范围向深部延伸,我国大部分深部矿井面临着“三高”问题,即高地温、高地应力和高瓦斯。其中以冲击地压为代表的矿山动力灾害具有较强的破坏性,是一种典型的地质灾害。冲击地压常伴随着煤与瓦斯突出,部分巷帮变形破坏及顶板冒落,造成瓦斯异常涌出、顶板突水、煤与瓦斯爆炸、二次冒顶等次生灾害事故的发生。因此,冲击地压的致灾机理、监测方法与治理技术亟须完善和成熟。本文从机理特征、监测方法到冲击地压防治技术方面入手,介绍了近年来冲击地压研究方面的进步成果,并以具体的工程实例为研究基础,运用相似材料模拟和RFPA2D数值模拟解释煤(岩)层开采过程中产生的微破裂是冲击地压灾害前兆,开采扰动作用下冲击地压灾害发生的主要因素,概括了冲击地压动力灾害发生的机理,深入揭示冲击地压孕育的内因和征兆规律。同时,研究了保护层开采对被保护煤层卸压作用,避免了冲击地压事故的发生,阐明在冲击地压受煤层扰动作用而产生及开采冲击倾向性弱的煤层来确保冲击倾向性煤层安全回采的治理方法。

摘要： 伴随着煤炭行业化解淘汰过剩落后产能,大量生产矿井将逐渐关闭,井下采空区将会被地下水充填,采空区充水后覆岩移动变形规律是绿色矿山建设关注的焦点问题.文中通过相似材料模拟试验对采空区充水后覆岩移动规律及力学特征进行了研究,研究结果表明,在采空区充水后水分向上运移,导水裂缝带的岩体遇水软化,孔裂隙进一步压实,岩体压力不断增加,下沉量增大;在开采区域外岩层出现了显现的上升现象;采空区充水后地表下沉值不会出现大幅增加或突然塌陷等地质灾害现象.

摘要： 通过三维相似材料模拟,将浅埋煤层开采的上覆岩层运动与地表沉陷作为一个整体系统结合起来进行研究,对其整体结构,从地下煤层开采到上覆岩层运动规律、破裂拱的形成及发展变化直至地表沉陷变形运动规律进行研究,给出了相关的定性研究结论,可为现场提供决策依据.

摘要： 针对庙哈孤矿区浅埋煤层护巷煤柱留设宽度的问题,以庙哈孤矿区安山煤矿5-2煤层护巷煤柱为研究对象,采用理论计算、工程类比、相似材料模拟等方法研究护巷煤柱宽度.结果表明:通过弹塑性极限平衡理论计算得出煤柱留设理论宽度为12 m,工程类比得出煤柱留设宽度为15 m,相似材料模拟得出煤柱留设合理宽度为14 m,最终综合确定庙哈孤矿区安山煤矿护巷煤柱合理宽度15m,研究成果创造了较大的社会经济效益.

摘要： 该文根据相似材料模拟实验的结果，结合极限平衡分析的方法，提出了非充分采动条件下长壁工作面底板应力计算的力学模型，并根据这一模型，推导出了底板应力计算的半解析公式，分析了底板应力分布随工作面推进的动态演化规律，对现场正确确定底板应力集中区，从而预测与底板损坏有关的灾害事故具有指导意义。

摘要： 本文通过进行相似材料模型实验，应用一种空气压缩动力装置(加压可控性)对相似材料模型进行加压，得到了不同荷载作用下老采空区地表和采空区上覆岩层的沉降和水平移动。实验表明，地表荷载的大小和地表荷载与采空区的位置不同是影响地表附加下沉量的关键因素。越靠近采空区，其下沉量随着荷载的增加而增大。

摘要： 本文通过进行相似材料模型实验，应用一种空气压缩动力装置(加压可控性)对相似材料模型进行加压，得到了不同荷载作用下老采空区地表和采空区上覆岩层的沉降和水平移动。实验表明，地表荷载的大小和地表荷载与采空区的位置不同是影响地表附加下沉量的关键因素。越靠近采空区，其下沉量随着荷载的增加而增大。

摘要： 本文通过进行相似材料模型实验，应用一种空气压缩动力装置(加压可控性)对相似材料模型进行加压，得到了不同荷载作用下老采空区地表和采空区上覆岩层的沉降和水平移动。实验表明，地表荷载的大小和地表荷载与采空区的位置不同是影响地表附加下沉量的关键因素。越靠近采空区，其下沉量随着荷载的增加而增大。

摘要： 本文通过进行相似材料模型实验，应用一种空气压缩动力装置(加压可控性)对相似材料模型进行加压，得到了不同荷载作用下老采空区地表和采空区上覆岩层的沉降和水平移动。实验表明，地表荷载的大小和地表荷载与采空区的位置不同是影响地表附加下沉量的关键因素。越靠近采空区，其下沉量随着荷载的增加而增大。

摘要： 本发明公开了一种模拟碳酸岩地质力学模型的相似条件及相似材料配比确定方法，本发明考虑几何相似和物理相似确定了地质力学模型相似条件，之后根据原型岩体风化程度，将其分为强风化泥灰岩、中风化泥灰岩和弱风化泥灰岩三种类型，根据每种类型的原型岩石力学参数和相似条件计算出目标模拟材料的各项力学参数；通过不同的配比制备试件模型，之后将试件模型进行单轴抗压试验和直剪试验，根据试验数据分析每种配比范围对应的泥灰岩的风化状态，完成配比方案的确定。本发明通过配比设计可以最大程度的模拟不同风化状态原岩，模拟的各项力学参数仿真度高，为不同物理状态的岩石研究提供了可行的方案。

摘要： 本发明公开了一种物理相似模拟实验相似材料的制备方法，包括如下步骤：以下份数均为重量份数，A、将混合原料加入搅拌机，进行加热搅拌，混合原料包括，100～120份的石英砂、35～50份的粉煤灰、15～30份的活性炭、20～50份的石膏粉、15～40份的水泥和200～300份的水；B、将加热搅拌后的混合原料放入振动机，并加入占混合原料1wt％～3wt％的添加剂，进行捣实；C、将捣实后的原料进行加热粉碎，得到相似模拟实验材料。本发明能够解决现有技术的不足，提高了相似模拟实验材料对于地下岩土层模拟的还原度。

摘要： 本发明涉及粘土类地层固液耦合相似模拟水理性相似材料的确定方法，该具体过程为：步骤a，水理性特征参量中的亲水性相似条件确定；步骤b，理性特征参量中的隔水性相似条件确定；步骤c，水理性特征参量中弥合性相似条件确定；步骤d，相似材料水理性特征的确定；步骤e，粘土类地层固液耦合水理性相似材料的确定；当步骤d1和步骤d2选取的材料均符合步骤d3的相似材料亲水性测定的条件，步骤d4的相似材料隔水性测定的条件和步骤d5的相似材料弥合性的测定，则步骤d1和步骤d2选取的材料即可作为粘土类地层固液相似耦合相似模拟水理性材料。本发明的水理性相似材料的确定方法，具有更好的可靠性和准确性。

摘要： 本发明公开了一种三维相似模拟材料模拟试验位移测量装置及其测量方法，其主要结构为采用带储液腔结构形式的微压力传感装置，使用时，采用将微压力传感装置直接埋设在相似模拟材料内部的方式，将微压力传感装置分别与储液箱、采集仪和计算机连接，巧妙地将将相似模拟材料内部局部位移监测的复杂的问题转化成简单的压力信号检测与输出，使得本发明具有结构简单、合理、实验结果真实准确、系统误差小；其具有自动读数和全程记录功能，较好地解决了现有技术中所存在的“突变点”监测不到，以及现有技术中存在的只能监测到覆岩下沉，而无法监测到覆岩抬升所致的模拟实验结果不全面、不真实、不准确的技术问题。

摘要： 本发明公开了一种模拟碳酸岩地质力学模型的相似条件及相似材料配比确定方法，本发明考虑几何相似和物理相似确定了地质力学模型相似条件，之后根据原型岩体风化程度，将其分为强风化泥灰岩、中风化泥灰岩和弱风化泥灰岩三种类型，根据每种类型的原型岩石力学参数和相似条件计算出目标模拟材料的各项力学参数；通过不同的配比制备试件模型，之后将试件模型进行单轴抗压试验和直剪试验，根据试验数据分析每种配比范围对应的泥灰岩的风化状态，完成配比方案的确定。本发明通过配比设计可以最大程度的模拟不同风化状态原岩，模拟的各项力学参数仿真度高，为不同物理状态的岩石研究提供了可行的方案。

摘要： 本发明公开了一种物理相似模拟实验相似材料的制备方法，包括如下步骤：以下份数均为重量份数，A、将混合原料加入搅拌机，进行加热搅拌，混合原料包括，100～120份的石英砂、35～50份的粉煤灰、15～30份的活性炭、20～50份的石膏粉、15～40份的水泥和200～300份的水；B、将加热搅拌后的混合原料放入振动机，并加入占混合原料1wt％～3wt％的添加剂，进行捣实；C、将捣实后的原料进行加热粉碎，得到相似模拟实验材料。本发明能够解决现有技术的不足，提高了相似模拟实验材料对于地下岩土层模拟的还原度。

摘要： 本发明涉及粘土类地层固液耦合相似模拟水理性相似材料的确定方法，该具体过程为：步骤a，水理性特征参量中的亲水性相似条件确定；步骤b，理性特征参量中的隔水性相似条件确定；步骤c，水理性特征参量中弥合性相似条件确定；步骤d，相似材料水理性特征的确定；步骤e，粘土类地层固液耦合水理性相似材料的确定；当步骤d1和步骤d2选取的材料均符合步骤d3的相似材料亲水性测定的条件，步骤d4的相似材料隔水性测定的条件和步骤d5的相似材料弥合性的测定，则步骤d1和步骤d2选取的材料即可作为粘土类地层固液相似耦合相似模拟水理性材料。本发明的水理性相似材料的确定方法，具有更好的可靠性和准确性。

摘要： 本实用新型专利提出一种相似材料模拟试验相似材料压实装置，装置包括两侧升降控制板、液压千斤顶底座、加压板、液压千斤顶、挡板、吊索机构。相似模拟模型搭建过程中，每铺设完一层相似材料后，将最上部两个控制片拉出，液压千斤顶底座、液压千斤顶以及加压板在重力的作用下弹开下部其余控制片，当加压板与相似材料接触时停止移动，液压千斤顶工作，液压千斤顶因为控制片的阻挡作用无法上移，相似材料被加压板压实。本实用新型专利结构简单，原理可靠，便于操纵，可以满足不同岩层对相似材料密实度、平整度的要求，制造成本低，维护简单。

摘要： 本实用新型公开了一种相似材料模拟实验中相似材料的铺设装置，包括模拟试验台、移动支架和夯实机构，模拟试验台上且位于移动支架的下部开有凹槽，凹槽内设置有相似材料，移动支架包括横梁和多个用于支撑所述横梁的支撑杆，支撑杆的底部设置有与模拟试验台配合的滚轮组件，所述夯实机构穿过横梁伸入到凹槽内，夯实机构伸入到凹槽内的一端连接有用于夯实所述相似材料的底板，底板上设置有压力传感器。本实用新型通过移动支架带动夯实机构的移动，进而对相似材料进行抹平和夯实处理，将压力传感器所测压力转换布氏硬度，与该层材料所需的硬度进行对比，无需人工肉眼判断相似材料的相似度，其设计结构简单，准确度高，便于推广使用。

摘要： 本实用新型涉及一种可模拟缓倾斜矿体的相似材料模拟试验装置，包括外部支撑框架、内部试验框架、用于推动内部试验框架倾斜的执行机构以及用于控制执行机构的液压控制系统，外部支撑框架包括底座和安装在底座上的固定框，内部试验框架为前后端敞开的六面体，且内部试验框架的前后端可拆卸安装有若干可视挡板，可视挡板由透明材料制成。内部试验框架的底板铰接有支撑轴，支撑轴的下端与底座固定连接。本实用新型结构简单，通过执行机构可以整体将内部试验框架整体倾斜，操作稳定，能够较好地模拟覆岩和充填体的实际运动情况，通过可视挡板可以透视内部试验框架内矿体的实际铺设情况，便于实时观察和及时调整。