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1、矿山压力与岩层控制精品课程,第十一章,矿山压力相似材料研究方法,矿山压力与岩层控制精品课程,11.1相似模拟试验原理,本章提要,11.2相似模拟试验方法,11.3裂隙梁失稳相似模型试验,11.4巷道支护的相似模拟试验,第十一章 第 1 页,矿山压力与岩层控制精品课程,本章特点,学习难点,第十一章 第 2 页,实验性较强,用正交试验分析方法构建设计模型,矿山压力与岩层控制精品课程,11.1相似模拟试验原理,（1）相似第一定理,过程相似则相似准数不变，相似指标为1。,（2）相似第二定理,描述相似现象的物理方程均可变成相似准数组成的综合方程。现象相似，其综合方程必须相同。,（3）相似第三定理,在几何
2、相似系统中，具有相同文字的关系方程式，单值条件相似，且由单值条件组成的相似准数相等，则此两现象是相似的。,相似定理,第十一章 第 3 页,矿山压力与岩层控制精品课程,11.1.2 定理,如果描述一物理现象要有n个物理变量（其中有k个物理量的因次是独立的，可作为基本测量单位）构成一个因次齐次方程式，则此方程式可转化为（n-k）个互相独立的无因次乘积（n-k）组成的方程式，或简言之，可以转化为一个完整无因次乘积集合之间的关系式。,11.2相似模拟试验方法,在利用相似模拟试验来研究开采所引起的矿山压力规律时，总应多考查一些影响因素，以防漏失某些重要因素。在开始安排某些实验时，必须寻求一种既能多考查一
3、些影响因素，又能使试验数量少，而且应具有代表性，以便尽快分析出较,第十一章 第 4 页,矿山压力与岩层控制精品课程,准确的结论。这种方法称为正交试验法。,11.3裂隙梁失稳相似模型试验,11.3.1 试验目的,试验目的为揭示裂隙梁失稳机理、形态，并熟悉模拟试验所需测试位移、受力、模拟支架的方法及仪器。,11.3.2 仪器设备,2.5m长平面模拟试验架1台、相似材料砌块1层、加载铁块2层、螺旋千斤顶1台、荷重传感器1个、测高仪1台、静态应变仪1台、模拟支架4个、刚卷尺1个。,11.3.3 试验步骤,第十一章 第 5 页,矿山压力与岩层控制精品课程,（1）准备工作为在模拟煤层上铺设模拟基本顶岩层的
4、砌块一层并加载铁块，如图11.2所示；砌块层一侧利用螺旋千斤顶加水平力，通过荷重传感器测定载荷；在砌块梁各块中部按设移测点，利用拉线使测点处于同一水平，测点用测高仪读数；于工作面开切眼内按设模拟支架。试验装置布置见图11.2，此模型按线比1:20，容重比0.7计。,（2）按单方向逐一回采煤层，工作面保持模拟支架3排，随着回采安设支架，并回收末排支架，测支架初读数及末读数。,（3）随着每次回采200mm后用刚尺测读各测点相对于水平线的位移量；记下测高仪读数（包括垂直位移和水平位移），模拟支架受力及下缩量；水平推力；裂隙梁平衡状态。,第十一章 第 6 页,矿山压力与岩层控制精品课程,图11.2 裂
5、隙梁平衡实验装置布置图1模型架；2砌块；3螺旋千斤顶；4荷重传感器；5位移测点6水平线；7测高仪测点；8摸型支架；9加重铁块；10煤层；11底板,第十一章 第 7 页,矿山压力与岩层控制精品课程,（4）回采速度要均匀，读数要快，待移动稳定后再继续回采，每次采宽相当于原型1m。,（5）裂隙梁失稳后立即记下各测点读数，素描裂隙梁绞点失稳及台阶下沉情况，说明对采面的影响程度。,根据试验结果计算、绘图和分析,（1）计算裂隙梁各测点随回采推进而产生位移的规律，画出每推进400mm后的下沉曲线；（2）计算分析裂隙梁最大下沉量 与水平推力T之间关系，并画出相关曲线；（3）分析裂隙梁失稳前、后的受力状态，指出
6、其类型，属于变形失稳、滑落失稳还是强度失稳；,第十一章 第 8 页,矿山压力与岩层控制精品课程,（4）根据试验观察失稳前有何预兆，如支架受力、顶板下沉速度及顶板反弹情况，指出基本顶失稳对工作面的危害及其防治措施；（5）计算分析支架随采面推进及控顶区范围内受力及下缩量的变化规律；（6）对实验中岩层位移、压力、模拟支架等测定仪器及方法的适用性及改进途径提出看法。,第十一章 第 9 页,矿山压力与岩层控制精品课程,小结,相似材料模拟研究是进行矿压实验研究的重要方法。本章介绍了试验研究的相似原理，针对试验研究涉及影响因素多的问题，讨论采用正交试验分析方法构建设计模型的方法，绘出了裂隙岩层失稳和巷道支护参数确定的相似模拟试验案例。,第十一章 第 10 页,矿山压力与岩层控制精品课程,谢 谢！,
