相似模拟

摘要： 上煤层覆岩结构失稳特征是影响下煤层开采工作面矿压显现的主要因素。针对南梁煤矿30103工作面浅埋近距离煤层采空区下开采条件,采用相似模拟实验及理论分析对覆岩垮落特征和支架阻力进行了模拟研究。结果表明:采空区下开采,基本顶初次来压步距45 m,周期来压步距6~16 m,支架工作阻均小于8500 kN;走向煤柱下开采,基本顶初次来压步距50 m,周期来压步距10~14 m,支架工作阻均小于9000 kN。工作面在集中煤柱下25 m和出煤柱7 m处,上覆岩层发生滑落失稳,对工作面形成明显的动载冲击,支架阻力超过额定阻力,最大值达13158 kN。集中煤柱弱化后,释放了煤柱集中应力,使得来压时上覆岩层形成相互协调破坏,避免了基本顶滑落失稳形成的载荷瞬态释放,支架阻力仅达到8743 kN。采空区下开采顶板动压防控的优先次序为集中煤柱>走向煤柱>采空区。

摘要： 为把握金刚石串珠绳锯煤层割缝的卸压效应,结合开滦矿区某矿5号煤层煤柱割缝的工程实际,采用相似材料模拟试验研究了缝槽顶底板移动和应力分布规律,通过理论分析了顶板下沉触底的机理。研究表明:绳锯切割煤层形成缝槽后,在缝槽上下方煤岩中形成了应力集中区、应力降低区和应力恢复区,并在缝槽上方形成了小范围的裂隙带及弯曲下沉带;缝槽上方1.5 m范围内卸压效果较好,距离缝槽越近卸压效果越好。建立金刚石串珠绳锯切割煤层理论模型探讨了缝槽顶板弯曲触底、断裂触底两种形式,提出了相应的条件判别式。研究结果对于金刚石串珠绳锯切割煤层卸压具有一定的指导意义。

摘要： 为研究浅埋深、近距离煤层群条件下的覆岩破坏规律,以韩家湾煤矿214201工作面为背景,开展了覆岩地面钻孔、漏失量观测法实测、相似材料模拟研究工作。经对实测数据整理,分析了该地质采矿条件下的覆岩破坏特征,覆岩"两带"发育高度、岩层破断角等。实测得到仅采3^(-1)煤非充分采动的垮采比为6.5、仅采4^(-2)煤垮采比为7.3;相似材料模拟顺序开采2^(-2)煤垮采比为6.0,3^(-1)煤垮采比为6.8,4^(-2)煤垮采比为5.8;2^(-2)煤岩层破断角为59.5°~69°,3^(-1)煤岩层破断角为66°~71°,4^(-2)煤岩层破断角为57°~68°;2^(-2)煤初次来压步距45m,周期来压步距为11~17m;4^(-2)煤初次来压步距为63m,周期来压步距为13~21m。研究表明:韩家湾煤矿浅埋深、近距离煤层群开采条件下,上覆岩层只发育有"两带",下部煤层垮采比降低、上煤层垮采比升高,下部岩层破断角降低、周期来压步距增大的特征。

摘要： 为有效治理坚硬顶板回采巷道动压影响下巷道底鼓,以同发东周窑煤矿5103回采巷道为研究背景,利用物理相似模拟试验验证了加强两帮支护强度及安装底角锚杆底鼓控制技术的可行性。现场工业性试验表明,底鼓控制方案安全可靠,为回采巷道底鼓控制提供实践经验。

摘要： 针对煤层开采后常出现矿压显现剧烈、煤岩透气性增大和地表下沉等问题,利用二维相似模拟试验研究综放工作面覆岩破坏特征并通过分形理论表征裂隙演化规律。试验结果表明:煤层基本顶初次来压步距为78 m,周期来压步距为24 m;煤层采动裂隙发育,距煤层顶板超过35 m;煤层开采后形成的覆岩裂隙具有分形特征,其分形维数随工作面的推进总体趋势增大;随着工作面的推进,开采位置与覆岩应力测点的水平距离小于40 m时,最初的原岩应力转变为应力集中,当工作面推过应力测点15~20 m后,应力卸压后会出现最小值,随后趋于稳定值;上覆岩层由下而上的垮落表现为非线性,其下沉形态为非对称性,总体垮落趋势近似呈“凹”型。研究结果进一步解释了采动过程中覆岩破坏及裂隙演化规律,可为煤炭开采顶板管理和煤层气抽采提供参考依据。

摘要： 为了准确掌握单一煤层和煤层群开采覆岩裂隙演化规律及分布形态特征,通过物理相似模拟实验、现场钻孔勘探、理论计算等方法分析煤层开采过程中覆岩运移破断特征及采动裂隙的分布形态。结果表明:在重复采动条件下,覆岩出现离层裂隙和纵向裂隙并伴随超前裂隙的产生,形成“采空区-工作面”和“采空区-采空区-工作面”结构时,覆岩裂隙经历产生、扩张、闭合、再产生、贯通、再闭合等6个动态循环变化阶段;煤层群在一次采动时形成“梯形”裂隙区,二次及多次采动下,覆岩受上覆载荷作用,裂隙区向工作面两侧煤柱扩展,上煤层受本煤层边界煤柱和下煤层开采形成的“悬臂岩梁”支撑影响,使工作面两侧裂隙明显高于工作面中部,覆岩形成“M”形裂隙分布形态;覆岩受采动影响产生周期性破断,以单岩层或多岩层同时产生变形、运移、破断垮落,由此可见,覆岩中存在控制上部岩层的硬岩层和其控制岩层以组合梁的形式同步运移、破断。根据覆岩破断特征建立了基于Winkler弹性地基煤层群重复采动覆岩破断特征的组合岩梁力学模型,由模型计算得到覆岩裂隙演化高度和相似模拟实验及现场所测高度相近,由此表明,该模型可作为浅埋煤层群重复采动覆岩裂隙演化高度计算的依据。

摘要： 针对黑龙煤业10号煤层和11号煤层合并,且与9号煤层间距较小的煤层赋存特点,确定采用放顶煤工艺同时开采9、10、11号煤层,通过理论分析及室内相似模拟实验,确定了放顶煤最优工艺参数为:采放比为1∶1,放煤步距为一刀一放,放煤方式为顺序放煤。通过在2103工作面进行现场试验,结果表明现场顶煤回收率达到88%,经济效益显著。

摘要： 以云南晋宁周边典型的缓倾斜薄至中厚磷矿床露天转地下房柱法开采为研究背景,以层状岩质边坡与地下采场围岩及其上覆岩体组成的复合采动系统为研究对象,运用FLAC^(3D)数值模拟方法和相似材料模拟试验对坡高300 m矿山在不同开采阶段下覆岩采动响应应力演化特征、位移变化特征和塑性区分布特征进行了研究。结果表明,第三阶段矿体开挖后,数值模拟得出的顶板最大竖直位移沉降值为113.3 cm,相似模拟试验测得最大竖直位移沉降值为-5.62 mm,对应的实际工程最大竖直位移沉降值为112.4 cm,结果基本一致。随着采空区范围逐渐增大,采场覆岩受采动影响的区域也随之扩大,采场上覆岩层的最大位移沉降值及采动影响带均线性增大,并随矿体开挖推进而动态前移。

摘要： 为研究坚硬顶板条件煤层开采后覆岩裂隙发育规律,利用相似模拟试验,对东胜煤田某矿区典型工作面进行试验研究。研究结果表明,采场推进过程中,离层裂隙较断裂裂隙发育要快,并且断裂裂隙总是位于采空区两端和开切眼上方,呈梯形分布;冒落带与裂隙带的分界点高度在50~60 m处;开采工作面推进至65 m时,基本顶初次来压;推进至85、103、122、145 m时,出现4次周期性来压,平均步距为20 m。

摘要： 针对地下水影响下的含断层边坡采动渗透特性问题,本文以伊敏露天矿三采区为工程背景,采用相似模型试验与数值模拟相结合的方法,研究边坡采动前后地下水渗流的特性规律及边坡水位下降过程中渗流场的变化特征。基于相似模型研究露天开采过程中的地下水位渗流动态变化过程、地下水通过断层后水位跌落规律、坡面出水位置及渗流水力坡降特征;通过数值模拟研究了8种不同降水工况下的露天矿边坡浸润线的变化特征、地下水在断层处跃变规律以及地下水的水力坡降特征。研究结果表明:含断层边坡地下水渗透具有跃变特性;随着渗流时间的增加,渗透影响区域由深部逐渐向三采区上部岩层扩展;水位降深会引起水力坡降与坡面出水点下降;相似模型与数值模拟研究结果中地下水水力坡降相近。根据断层两侧地下水的跃变特性,可在F_(1)断层和F_(5)断层之间地质体中设置降水井,实现地下水水位控制,为露天矿疏干排水与安全生产提供科学保障。

摘要： 为了研制针对动压巷道支护技术进行相似模拟研究的试验装置,从采动压力出发分析归纳了采动的静压效应和动压效应,以此为设计思想,设计并制造了新型的动压巷道支护相似模拟试验装置,给出了相应试验过程的设计.采动效应的研究表明:随着工作面的靠近,巷道逐渐受到超前支承压力和侧向支承压力叠加作用的影响,邻近工作面时,超前支承压力开始衰减,巷道主要受侧向支承压力的影响;回采过程中巷道还会受到由采区顶板断裂、垮落等因素产生的振动作用影响.为实现静、动荷载的同时加载、互不干扰,设计了内、外框架的嵌套式结构.新装置保证了制作较大比例巷道模型的同时,减少仪器占地面积,提高试验准确性和工作效率.

摘要： 现有相似理论仅适用于元件相似,无法处理大型机电装备的多层次相似、高度病态特征下的功能相似及尺寸效应下的非线性相似等复杂特性相似问题,使得模型试验的模拟精度低,无法满足由于大型机电装备结构复杂、功能丰富、服役环境极端化所带来的高精度设计与研究要求.本项目以大型机电装备复杂特征的相似模拟为基本着眼点,分别从大型机电装备复杂结构系统相似的数理表达、大型机电装备病态特征下的相似、大型机电装备的变态相似、大型机电装备尺寸效应下的相似进行了研究.

摘要： 本文以塔山矿8106工作面临空区段煤柱内开掘卸压巷为例,运用实验室相似模拟实验,研究了在特厚煤层中不同位置开掘卸压巷对顺槽巷压力的影响,试验结果表明当卸压巷开在靠近顺槽巷且位于煤层中部位置能够较好的对顺槽巷进行卸压,从而保护顺槽巷。

摘要： 黄土地区敷设的管道受流水冲蚀破坏现象十分严重.本文通过相似模拟试验,探讨黄土地区按照不同坡度敷设的管道在流水冲蚀作用下的差异,总结分析管道敷设坡度与流水冲蚀之间的关系,为黄土地区管道敷设选择合理安全的坡度进行设计施工提供参考.

摘要： 为了控制碾压混凝土拱坝坝体的温度裂缝,通常在坝体内部设置诱导缝.本文结合沙牌碾压混凝土高拱坝,对两条诱导缝加两条横缝的坝体分缝方案,采用结构模型破坏试验方法开展研究,试验中运用断裂力学理论在结构模型试验中实现对诱导缝的相似模拟,并采用光纤传感检测技术监测大坝及诱导缝的开裂破坏,获得了坝体的开裂过程、破坏过程和破坏形态,探讨了含诱导缝拱坝的开裂破坏机理,为碾压混凝土高拱坝的设计和施工提供科学依据.

摘要： 深部开采条件下,煤矿巷道的有效支护是保证矿井安全高效生产的重要因素.运用相似材料模拟试验和现场工业性试验,研究鹤壁煤电股份有限公司八矿深部倾斜岩层水平巷道围岩破坏特征,分析随加载压力的增大和不同支护方式下巷道围岩位移变化规律、巷道围岩裂隙演化特征及分布特征等,得出适合该地质条件下较为有效的支护方案.研究结果能更直观了解巷道围岩表面及其内部裂隙发生、发展的过程及其联系,为巷道支护参数的合理选取提供依据.该研究方法和一些结论可为同类的研究提供一定的借鉴.

摘要： 针对新建朝克乌拉煤矿承压水下安全开采问题,通过相似材料模拟实验,分析并得出了朝克乌拉煤矿2煤不同开采厚度下的"三带"发展形态和垮落带、导水裂隙带厚度.经与"三下"开采规程等经验公式计算作对比分析,结果表明,相似试验和经验公式预测2煤开采导水裂隙带高度的吻合性较好,确定"裂采比"为11.0.据此控制开采高度,以有效控制导水裂隙带发育高度,指导并实现承压水下煤层的安全开采.

摘要： 针对新建朝克乌拉煤矿承压水下安全开采问题,通过相似材料模拟实验,分析并得出了朝克乌拉煤矿2煤不同开采厚度下的"三带"发展形态和垮落带、导水裂隙带厚度.经与"三下"开采规程等经验公式计算作对比分析,结果表明,相似试验和经验公式预测2煤开采导水裂隙带高度的吻合性较好,确定"裂采比"为11.0.据此控制开采高度,以有效控制导水裂隙带发育高度,指导并实现承压水下煤层的安全开采.

摘要： 针对新建朝克乌拉煤矿承压水下安全开采问题,通过相似材料模拟实验,分析并得出了朝克乌拉煤矿2煤不同开采厚度下的"三带"发展形态和垮落带、导水裂隙带厚度.经与"三下"开采规程等经验公式计算作对比分析,结果表明,相似试验和经验公式预测2煤开采导水裂隙带高度的吻合性较好,确定"裂采比"为11.0.据此控制开采高度,以有效控制导水裂隙带发育高度,指导并实现承压水下煤层的安全开采.

摘要： 针对新建朝克乌拉煤矿承压水下安全开采问题,通过相似材料模拟实验,分析并得出了朝克乌拉煤矿2煤不同开采厚度下的"三带"发展形态和垮落带、导水裂隙带厚度.经与"三下"开采规程等经验公式计算作对比分析,结果表明,相似试验和经验公式预测2煤开采导水裂隙带高度的吻合性较好,确定"裂采比"为11.0.据此控制开采高度,以有效控制导水裂隙带发育高度,指导并实现承压水下煤层的安全开采.

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： 本发明公开了一种煤层相似开采模拟装置及煤层相似开采模拟实验方法，通过链条来模拟开采煤层，每段链条段被拉出即模拟采煤机截割一刀，只要控制抽拉链条的速度即可模拟开采速度，准确性高；可模拟出底部岩层、隔水层、含水层及上覆岩层的变化情况；链条可被全部抽出，不影响上覆岩层的下塌空间，可模拟真实采空区高度；采用机械结构的链条，不影响模型顶底板和围岩的胶结强度，并且成本低、方便操作、故障率低。

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： 本发明公开了一种相似模拟实验系统及相似模拟实验方法，包括相似材料箱、升降架、第一水箱、第二水箱、插管、摄像机、紫外线探照灯和数据处理设备。本发明公开的相似模拟实验系统及相似模拟实验方法，能够模拟煤层开采后，煤层上方的隔水层的破断裂隙分布特征及含水层破断特征，并通过在水中添加荧光粉后用紫外线探照灯照射的方式，摄像机可清晰获取煤层采动裂隙导通含水层后，地下水运移至煤矿地下水库的渗流路径，为地下水库的选址、地下水库的水源预测及确定地下水库的水源补给通道提供了技术指导。

摘要： 本发明提供一种三维相似模拟试验装置和采用所述装置的相似模拟试验监测方法。所述试验装置包括相似模拟试验台、相似模拟材料和注液装置，所述相似模拟材料包括上覆岩层和位于所述上覆岩层下方的煤层，所述上覆岩层包括含水层，所述注液装置与上覆岩层的含水层相连通的，所述注液装置包括至少两个注液管，用于将浆液注入含水层。本发明基于双液注浆技术，可以解决现有监测技术无法准确地提供相似模拟试验监测数据的缺陷，更有利于研究上覆岩层塌陷、移动、裂隙发育和导水路径变化规律。

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用于物理相似模拟试验中相似模型的铺平装置，包括铺平装置，所述铺平装置安装在相似模拟试验架前后两侧的挡板的边缘上，所述挡板通过螺栓依次紧固在相似模拟试验架的前后两侧，所述铺平装置包括主框架、旋耕刀与平板，所述旋耕刀通过链条分别与链轮A和链轮B齿合连接，所述旋耕刀安装在旋耕刀架上，所述旋耕刀架末端设置有一横杆，所述横杆的两端设置有锁紧螺母。该用于物理相似模拟试验中相似模型的铺平装置，通过铺平装置可对模型各分层进行机械自动铺平，大大节省了劳动力，提高了工作效率，铺平装置可以来回多次往复运动，使得各分层的铺平效果更佳，且整体结构简单、操作方便，整体的铺平效果较好。