第十二章矿山压力研究方法
第十二章 矿山压力研究方法
第十二章矿山压力研究方法第一节长壁工作面矿压观测一、采场矿压观测方法概述观测工作面矿压显现的指标有两类：一类是控顶区围岩变形量和支架承载变形特征；另一类是控顶区围岩破坏特征。
前者一般称为“三量”。
后者有煤壁处切顶台阶数目与高度、煤壁片帮深度、端面顶板破碎度等，是对围岩破坏的统计观测，一般又称为“统计观测”。
“三量”观测方法是在上一个世纪二次世界大战后，原苏联和东西欧洲的一些开采煤炭的国家广泛发展和应用的观测方法。
六十年代初，我国在借鉴原苏联“三量”观测方法的基础上，由煤炭科学研究院制定了统一的观测规范，在我国全面推广应用。
“统计观测”是联邦德国埃森岩石力学矿山支护研究所0.雅各毕博士在上个世纪六十年代创立的，并在欧共体采煤国得到广泛应用(12-1)。
1975年中国矿业大学的学者们在我国阳泉矿务局一矿综采工作面矿压观测中首次应用，并迅速在我国推广应用。
二、长壁工作面“三量”观测(一) “三量”及其测试方法⒈顶底板移近量指煤炭采出后，同一测点随开采在控顶区范围顶底板移近值。
如图12-1a所示，对单体支柱工作面，是在开挖后即设置测站，量测顶底板距离S0，随工作面推进直到测站至最后入木楔，用专用测杆量测（图12-1b）。
近年已有多种量测仪表可供选用。
⒉支架载荷是指实测的支架所承受的载荷，包括实测的初撑力和当时支架载荷。
图12-2 圆图压力自计仪液压支架一般采用圆图压力自计仪观测（图12-2），可实现24h连续自动记录支柱内压力；单体液压支柱除可采用圆图压力自计仪观测外，也可采用各类测压压力表（图12-3），由观测工人按照规定的时间读表。
图12-2 测压表⒊活柱下缩量是指支架架设后在控顶区范围内活柱下缩的值。
(二)工作面测站布置普遍采用沿工作面线方向设立上部、中部、下部3个测站。
一般情况下中部测站应选在工作面线的正中，上部和下部测站分别距回风平巷和运输平巷10~15m。
每个测站内设3条测线，布置于相邻的3架支架。
矿山压力基本概念
矿山压力对采煤工艺的制约
02
矿山压力的大小和分布情况，决定了采煤工作面的支护方式和
采煤工艺的可行性。
采煤工艺与矿山压力的相互关系
03
在实际生产中，需要根据矿山压力状态调整采煤工艺，以确保
采煤工作的安全和顺利进行。
04
矿山压力的工程应用
矿山压力在采煤工作面的应用
采煤工作面顶板管理
利用矿山压力监测技术，对采煤工作面的顶板进行实时监测，及时发现顶板异 常，采取相应措施，确保采煤作业安全。
矿山压力在岩层控制中的应用
岩层稳定性分析
利用矿山压力监测数据，分析岩层的稳定性，预测采掘过程 中可能出现的安全隐患，采取相应措施进行防范。
岩层控制技术
根据矿山压力分布规律，采用适当的岩层控制技术，如注浆 、锚杆支护等，提高岩层的自稳能力，防止岩层垮塌和冒顶 事故的发生。
05
矿山压力研究的前沿问 题与展望
矿山压力的研究历史与发展
研究历史
矿山压力的研究始于20世纪初， 随着采矿技术的发展和采矿规模 的扩大，矿山压力的研究逐渐受 到重视。
发展方向
未来矿山压力的研究将更加注重 数值模拟、智能化监测与控制等 方面的发展，以提高采矿作业的 安全性和经济效益。
02
矿山压力的形成与影响 因素
矿山压力的形成机理
矿山压力是地下岩体在采动前所承受的压力，当采掘空间形成后，围岩就会重新分 布，形成新的平衡状态，这个过程就是矿山压力显现。
矿山压力的形成与岩体的物理性质、地质构造、采矿方法、采掘空间尺寸等因素密 切相关。
矿山压力显现的实质是采场围岩应力重新分布的过程，采场围岩应力的大小和分布 状态决定了矿山压力显现的程度和规律。
采掘空间尺寸是影响围岩应力分布和变形 特性的重要因素，采掘空间越大，矿山压 力显现越明显。
矿山压力与岩层控制重点总结
矿山压力与岩层控制重点总结一、1、矿山压力与岩层控制的研究方法有：理论研究，实验室实验，现场测试等不同形式的研究。
2、矿山压力与岩层控制的解析方法主要通过力学模型，利用平衡条件、本构方程、变形条件，破坏判据和边界条件求解其应力，变形和破坏条件。
3、矿山压力检测中采场主要检测顶底板移近量、支架阻力、活柱下缩量和顶板破碎度。
4、矿山压力检测中，巷道主要检测顶底板移近量、支架变形、围岩应力分布和岩层内部移动规律。
5、岩石密度分为：天然密度、饱和密度、干密度。
6、岩石变形指标一般有：泊松比、弹性模量、体积变形量。
7、原岩应力场主要由：重力应力场和构造应力场组成。
8、两个大小不同的圆孔叠加时，大孔对小孔的应力影响较大，而小孔对大孔的影响较小。
9、支撑压力指采场周围或巷道两侧的全部切向应力（或者竖直应力）10、早期采场上覆盖岩层活动规律的假说有：压力拱假说，悬臂梁假说，铰接岩块假说，预成裂隙假说。
11、砌体梁结构模型中：A 块为煤壁支撑区，B 块为离层区，C 块为重新压实区；Ⅰ为垮落带，Ⅱ为裂缝带，Ⅲ为弯曲下沉带。
12、按直接顶稳定性分类：直接顶可分为：破碎顶板，中等稳定顶板，完整顶板。
13、目前所使用的支柱的工作特性有以下几种：急增阻式，微増阻式，恒阻式。
14、液压支柱单独与顶梁配合支护顶板称为单体液压支架，与顶梁，底座，移架千斤顶组合液压自移支架。
15、岩层与地表移动会导致其产生竖直方向和水平方向的位移，前者称为下沉，后者称为水平位移。
16、根据采空区上覆岩层的破坏程度，可分为三带：垮落带，裂缝带，弯曲下沉带。
垮落带和裂缝带合两带，又称为导水裂缝带。
17、两带（冒落带与裂隙带）与煤层采高有关，对于软弱岩层，两带高度为采高的9至12倍，中硬岩层为采高的12至18倍，坚硬岩层为采高的18至28倍。
18、圆形巷道按切向应力分，可分为A 破裂区，B 塑性区，C 弹性区，D 原始应力区19、煤层开采后，在采空区四周形成支撑压力带，在工作面前方煤体内形成超前支撑力，它随着工作面掘进而向前移动，又称为移动性支撑压力或者临时支撑压力，工作面倾斜和仰斜方向及开切眼一侧煤体上形成的支撑压力称为固定支撑压力或者残余支撑压力，采空区后方的支撑压力称为采空区支撑压力。
矿山压力与岩层控制重点总结
矿山压力与岩层控制重点总结一、1、矿山压力与岩层控制的研究方法有：理论研究，实验室实验，现场测试等不同形式的研究。
2、矿山压力与岩层控制的解析方法主要通过力学模型，利用平衡条件、本构方程、变形条件，破坏判据和边界条件求解其应力，变形和破坏条件。
3、矿山压力检测中采场主要检测顶底板移近量、支架阻力、活柱下缩量和顶板破碎度。
4、矿山压力检测中，巷道主要检测顶底板移近量、支架变形、围岩应力分布和岩层内部移动规律。
5、岩石密度分为：天然密度、饱和密度、干密度。
6、岩石变形指标一般有：泊松比、弹性模量、体积变形量。
7、原岩应力场主要由：重力应力场和构造应力场组成。
8、两个大小不同的圆孔叠加时，大孔对小孔的应力影响较大，而小孔对大孔的影响较小。
9、支撑压力指采场周围或巷道两侧的全部切向应力（或者竖直应力）10、早期采场上覆盖岩层活动规律的假说有：压力拱假说，悬臂梁假说，铰接岩块假说，预成裂隙假说。
11、砌体梁结构模型中：A 块为煤壁支撑区，B 块为离层区，C 块为重新压实区；Ⅰ为垮落带，Ⅱ为裂缝带，Ⅲ为弯曲下沉带。
12、按直接顶稳定性分类：直接顶可分为：破碎顶板，中等稳定顶板，完整顶板。
13、目前所使用的支柱的工作特性有以下几种：急增阻式，微増阻式，恒阻式。
14、液压支柱单独与顶梁配合支护顶板称为单体液压支架，与顶梁，底座，移架千斤顶组合液压自移支架。
15、岩层与地表移动会导致其产生竖直方向和水平方向的位移，前者称为下沉，后者称为水平位移。
16、根据采空区上覆岩层的破坏程度，可分为三带：垮落带，裂缝带，弯曲下沉带。
垮落带和裂缝带合两带，又称为导水裂缝带。
17、两带（冒落带与裂隙带）与煤层采高有关，对于软弱岩层，两带高度为采高的9至12倍，中硬岩层为采高的12至18倍，坚硬岩层为采高的18至28倍。
18、圆形巷道按切向应力分，可分为A 破裂区，B 塑性区，C 弹性区，D 原始应力区19、煤层开采后，在采空区四周形成支撑压力带，在工作面前方煤体内形成超前支撑力，它随着工作面掘进而向前移动，又称为移动性支撑压力或者临时支撑压力，工作面倾斜和仰斜方向及开切眼一侧煤体上形成的支撑压力称为固定支撑压力或者残余支撑压力，采空区后方的支撑压力称为采空区支撑压力。
用相似材料模拟研究矿山压力
。 、
如采 场
作 用 的 指标
口,
、
移 动 和 破 坏 的 基本 作 用 力
对 于 弱 塑 性 岩层
,
选择 相 似材 料 只 要 取
,
气
,
或
Α
、
甲
作 为 主 导 强度 特征 即 可
则
基本 破 坏 形 式 为 剪 切 和 拉 岩 层 的 变 形 与其 弹性 模 量 和 泊 松 比 有
,
拉力
代 表线 性
,
则
甲 于甲
二
5
振∃
%
2%∃ %
∀4 #
,
∀
#
式 ∀ 4 # 即 为 在 重 力 和 内 部 应 力作 用 下
岩 石 的 变形 和 破坏 过 程 中 的 主 导 相 似 准 则
6
0
。
∀ 6 # 运 动相 似
模 型 和 原 型 中 对应 点
,
相似 比
,
沿 相 似 轨迹 运 动
的 时 间成 比例
甲
∋∃
∀≅ #
∀ 9 # 动 力比
+
由式 ∀
∃%
% 下
8
4 #
0
可得
然 而 由于 地 质 构 造 千 变万 化
层移 动 时
, ,
,
开 采 过 程 中岩
工石
’
万
∋&
变 形 非 常复杂
。
,
在选 配 相 似 材
,
料
,
要 满 足所 有 指 标 的 相 似条 件 是 很 难的 对 某些 相 似条 件 进 行 简 化
导 意 义 的 普 遍规 律
矿山压力
矿山压力：由于矿山开采活动的影响，在巷硐周围岩体中形成的和作用在巷硐支护物上的力。
矿山压力显现：这些由于矿山压力作用是使巷硐周围岩体和支护物产生种种力学现象的统称矿山压力控制：所有减轻、调节、改变、和利用矿山压力作用的各种方法直接顶：一般把直接位于煤层上方一层或几层性质相近的岩层。
伪顶：在梅层直接顶之间有时存在厚度小于0.3—0,5米、极易跨落的软弱岩层。
老顶：通常把位于直接顶之上的对采场矿山压力直接造成影响的厚而坚硬的岩层。
采空区处理办法：刀柱法，顶板缓慢下沉法，全部或局部填充法，全部跨落法。
横三区：煤避支撑区，离层区，重新压紧区；竖三带：弯曲下沉带，；裂缝带；跨落带。
直接顶初次跨落的标志：直接顶跨落高度超过1—1.5米，范围超过全功工作面长度的一半。
此时的直接顶跨距称为初次跨落距。
岩石碎胀系数：岩石破碎后，杂乱堆积，岩体的总体力学特性类似于散体。
由于由于岩层破碎后体积将产生膨胀，因此直接顶跨落后，堆积高度要大于直接顶岩层原来的厚度。
影响碎胀系数的重要因素是岩石碎后块度的大小以及其排列状态。
例如，坚硬岩层大块破断且排列整齐，因而碎胀系数较小，岩石破碎后块度较小而且排练紊乱，则碎胀系数较大。
老顶的断裂：随着弯矩的增长，老顶岩层达到强度极限时，将形成断裂。
分三张情况：1 当f<0.02时，板破断将先沿固定长边形成裂缝并延伸，在长边形成的裂缝的过程中，板中央沿Y方向将随之形成裂缝，而后导致破裂。
2 当0.02<f<0.032时，破断裂缝也沿长边延伸，短边裂缝延伸，裂缝在死角形成圆弧贯通，板中央沿Y方向裂缝延伸，板形成X型断裂。
3 f>0.032时，断裂缝也沿长边沿申，再短边裂缝延伸，再到裂缝在四角形成圆弧形贯通，四周简支的板仍然处于稳定状态，工作面继续推进导致a/b值的增加，达到简支板的极限状态，原有工作面上方板的裂缝闭合，工作面上方重新形成新的裂缝并与短边的裂缝贯穿，最终导致板的X型破断。
矿山压力实测技术
矿压监测的任务
（3）对正在使用的新型支护的适应性进行考察
从矿山压力控制的角度对在正在使用的支架型式、特性、参数 和使用效果等方面进行适应性评价。研究提出合理的支架结构、 架型、工作阻力、支柱可缩量等。
矿压监测的任务
（4）研究分析采场底板破坏规律
对工作面底板进行分类，并提出松软底板控制技术措施，达 到提高支护质量的目的。
②生产技术资料
一般包括：工作面开采方式和巷道掘进方式；工作 面及巷道支护形式及参数；采场支架型式及性能； 邻面开采情况；生产作业方式等等。具体内容应根 据监测目的和分析需要来确定。
✓ 2）根据监测目的和任务确定监测内容； ✓ 3）选定监测方案和测区布置系统； ✓ 4）编制矿山压力监测计划； ✓ 5）培训监测人员； ✓ 6）准备矿压监测仪器和工具及井下监测所必须的数据记
矿山压力实测技术
张守宝 资源与安全工程学院
第一章 矿山压力实测技术综述
矿山压力：
由于矿山开采活动的影响，在巷道、硐室周围岩体中形 成的和作用在其支护物上的力。
矿山压力显现：
由于矿山压力作用使巷道、硐室周围岩体和支护物产生 的种种力学现象。包括岩体的变形、破坏、塌落，支护物的 变形、破坏和折损，以及在岩体中产生的动力现象。
矿压监测的任务
（7）对采用采掘新工艺、新技术（包括新采煤方法、新支护 型式、新工艺组织等）进行资料积累，从矿山压力角度对应 用效果提出评定性意见。 如：研究和评价厚煤层放顶煤开采 的顶煤可放性，研究新支护方式之后的适应性等。
矿压监测的任务
（8）对采掘工作面支护质量进行日常监测
✓监测日常生产过程中支架工作质量、围岩活动状况、 不安全隐患情况等与安全生产有关的技术因素；
✓监测和评价支架的实际支撑能力，以达到保证采掘工 作面支护质量良好，安全生产可靠的目的，在保证采 掘工作面顶板安全的前提下充分发挥支架的有效工作 阻力。
矿山压力理论..
研究生课程论文一、采场矿山压力有哪些假说，各假说的主要观点如何？可以解释哪些现象？试论述各假说间有何联系与区别？你认为往什么方向发展，才能取得较大的进展?答：1.压力拱假说压力拱（也称自然平衡拱)假说，是最早的矿压假说，德国人哈克(W.Hack)和吉利策尔(G.Gillitzer)于1928年提出。
压力拱假说认为：在回采工作空间上方，由于岩层自然平衡的结果而形成了一个压力拱，拱的一个支撑点是在工作面前方的煤体内，形成了前拱角，而另一个支撑点是在采空区的充填体上，形成了后拱角，随着工作面的推进，前后拱角也将向前移动；开掘在任何岩层中的巷道，由于重力作用，顶板岩层发生破坏变形,形成一稳定的卸载拱。
拱承受拱面以上全部岩石的重量,并将全部载荷经压力拱的拱脚传递到巷道两帮岩石而引起巷道两帮鼓出以及底板隆起等围岩变形，巷道支架所承受的载荷是拱面以下已经破碎的有限断面内的岩石总重量。
压力拱假说比较简明地阐述了采场围岩卸载的原因，探讨了围岩平衡状态及其范围，对回采工作面前后支承压力的形成及回采工作空间处于卸压区做出了一些解释。
压力拱在巷道中并不是唯一的表现形式，支架压力取决于一系列的矿山地质条件及技术条件，其中起主要作用的是巷道围岩性质，支架特性及结构形式。
在回采工作面，由于煤层顶底板岩性不同，顶板管理方法,支架形式及特性以及回采工艺的差异,可能形成不同的复杂的力学结构。
这远非压力拱理论所能概括与阐明的。
压力拱假说认为：支架压力源于拱内岩石的重量,与支架特性及采深无关,这显然与实际情况不符。
对坚硬的层状岩石，无论在巷道还是在采场，都不可能形成拱，这对压力拱假说是不适合的。
我认为此假说以后在拱的特性、岩层变形、移动和破坏的发展过程以及支架与围岩的相互作用方面能取得较大的发展。
2．悬臂梁假说悬臂梁假说是由德国施撬克于1916年提出的，后得到英国的费里德，前苏联的格尔曼等的支持。
此假说认为:工作面和采空区上方的顶板可视为梁，它一端固定于岩体中，一端处于悬伸状态，在悬臂梁弯曲下沉后，受到已垮落的岩石支撑，当悬伸长度很大时，发生有规律的周期性折断，从而引起周期来压，而我们知道地下岩体是一种层状的连续弹性介质,未受扰动的岩体所受的力主要是垂直应力则形成彼此相互作用的组合悬臂梁,这种岩梁在采场上下两端的煤柱处也被固定着,因而形成了三面被固定的悬板,即所谓的悬臂梁假说。
矿山压力
矿山压力：由于矿山开采活动影响，在巷硐周围岩体中形成的和作用在巷硐支护物上的力。
矿山压力显现：由于矿山压力的作用使巷硐周围岩体和支护物产生的种种力学现象。
矿山压力控制：所有减轻、调节、改变和利用矿山压力左右的各种方法。
原岩应力：存在于地层中未受扰动的天然应力。
(自由重应力和构造应力组成)原岩应力分布规律：1实测铅直应力基本等于上覆岩层重量2水平应力普遍大于铅直应力。
3平均水平应力与铅直应力的比值随深度增加而减小4最大水平主应力和最小水平主应力一般相差较大采场覆岩结构假说：1压力拱假说2悬臂梁假说3铰接岩块假说4 预成裂隙假说5砌体梁假说老顶的断裂形式：老顶梁式破断老顶板式破断老顶初次断裂步距：老顶达到初次断裂时的跨距成为极限跨距，也成为初次断裂步距老顶失稳形式：结构滑落失稳结构变形失稳矿压显现指标：回采工作面——系列矿山压力现象包括1顶板下沉2顶板下沉速度3支柱变形与折损4顶板破碎情况5局部冒顶6工作面顶板沿煤壁切落。
老顶初次来压：当老大达到极限跨距时，工作面支架呈现受力普遍加大现象老顶周期来压：由于裂隙带岩层周期性失稳而引起的顶板来压现象采场周围支承压力分布及各自名称：应力降低区（减压区）应力增高区(增压区)应力不变区（稳压区）影响矿山压力显现的因素:1、采高和放顶距2、工作面推进速度的影响3、开采深度影响4、煤层倾角影响5、分层开采时矿山压力显现采场支架类型：单体支架液压支架关键层：将对采场上覆岩层局部或直至地表的全部岩层活动起控制作用的岩层。
关键层特征：①几何特征：相对其他同类岩层单层厚度较厚。
②岩性特征：相对其他岩层较为坚硬即弹性模量较大强度较高。
③变性特征：关键层下沉变形时其上覆全部或局部岩层下沉量同步协调。
④破断特征：关键层的破断将导致全部或局部上覆岩层同步破断，引起较大范围内岩层的移动。
⑤承载特征：关键层破断前以“板”（或简化为梁）的结构形式作为全部岩层或局部岩层的承载主体，破断后则成为砌体梁结构继续成为承载主体。
12煤矿冲击地压
第十二章煤矿冲击地压第一节概述一、煤矿冲击地压的定义煤矿冲击地压是指在矿井开采过程中，井巷或采场周围岩体在力学平衡状态破坏时，由于弹性变形能突然释放而产生的急剧、猛烈的动力现象。
二、冲击地压的发生情况表12－1是部分矿区发生冲击地压的情况。
表12—1 矿井发生冲击地压的主要特征Lm=1.7+0.8M L－0.01M L2，M s=1.13m L－1.08。
表中符号：M一煤(岩)层厚度；α－倾角；f一坚固性系数；Rc一单向抗压强度；E一弹性模量。
我国冲击地压大都为煤层冲击，也有少量岩爆和底板冲击，大部分冲击地压矿井是采用的柱式或短壁式采煤法，综合机械化长壁工作面不多，相当一部分冲击地压是由爆破工艺而诱发的，而且有50%以上是发生在煤柱内，冲击强度一般为里氏震级l～3级，很少大于4级。
三、冲击地压研究的内容和方法目前，对冲击地压的研究，主要包括对冲击地压发生的条件和原因的研究，对冲击地压机理的研究，对冲击地压预测的研究和对冲击地压防治措施的研究。
对冲击地压的研究方法主要是实验室研究和现场观测研究。
由于现场观测研究对生产有实际的指导意义，因此，国内外普遍采用。
第二节冲击地压的特征与分类一、冲击地压的特征(1)突然爆发。
冲击地压发生前，预兆不明显。
(2)巨大声响。
冲击地压爆发的瞬间，伴有雷鸣般的响声。
(3)冲击波强。
煤体内积聚的弹性能突然释放，产生强大的冲击波。
它能冲掉工人头上的矿帽，冲倒几十米至几百米内的风门、风墙等设施。
(4)弹性振动。
冲击地压发生时在围岩内引起弹性振动，工作人员被弹起摔倒，甚至输送机、轨道等重型设备都可能被振动和推移，连地面人员有时都能感到这种振动。
该振动所产生的弹性波可以被几百公里外的地震仪检测到，并留有清晰的震相记录。
(5)煤体移动。
据现场观测，浅部冲击时煤体发生移动，煤体移动时在顶板接触面上留有明显的棕褐色擦痕，擦痕的方向即为煤体移动的方向。
(6)顶板下沉或底板臌裂。
冲击地压发生时，常导致顶板下沉或底臌。
矿山压力及其控制概述
矿山压力及其控制概述矿山作为一种特殊的工作环境，其压力问题一直备受关注。
矿山压力是指矿山开采过程中由于地质条件、采矿方式、采场布置等因素所形成的对地表、井筒和巷道等构筑物以及人员作业产生的压力。
矿山压力不仅对工程结构的稳定性和机械设备的正常运行产生影响，而且还对矿工的健康和安全造成威胁。
因此，矿山压力的控制是保证矿山正常、安全、高效开采的重要前提。
矿山压力的控制可以通过以下几个方面来实现：1.合理的采场布局和采矿方式：合理的采场布局和采矿方式可以减小岩层顶板的压力，并降低地表和井筒等构筑物受到的压力。
例如，在岩层顶板稳定条件较差的区域，可以采用长壁工作面或房柱工作面等相对稳定的采矿方式，减小岩层顶板的位移和压力。
2.巷道支护和岩层顶板管理：对于巷道来说，合理的支护方式和材料可以增强巷道的稳定性，减小巷道受到的压力。
岩层顶板的管理包括进行岩层控制、降低巷道高度、提高巷道顶板强度等措施，以减小岩层顶板的位移和压力。
3.水文地质调查和水压力控制：通过水文地质调查，了解地下水位、水头和水文地质条件等，采取适当的排水措施，控制水位和水压力的变化，减小对巷道和井筒等构筑物的压力。
4.地应力测量和监测：地应力测量和监测是评估岩层压力和地层压力的重要手段，能够提供有关矿山内部地应力分布的准确数据，为矿山压力的控制提供科学依据。
可以通过测量地应力来确定巷道和井筒等构筑物的支护压力，以及确定开采影响范围和区域压力分布，从而合理安排支护措施和工作面进度。
5.人员密闭和防灾避险：在煤矿开采中，为了保证矿工的安全，可以采取人员密闭和防灾避险等措施，减小不安全因素的影响。
总之，矿山压力的控制是矿山开采过程中的关键问题，控制矿山压力有利于保证矿山的稳定和人员的安全，提高矿山的生产效率。
通过合理的采场布局、巷道支护、岩层顶板管理、水压力控制和地应力测量等措施，可以减小矿山压力的影响，实现矿山的正常、安全、高效开采。
矿山压力控制介绍课件
智能化矿山建设需要 实现矿山压力控制的 自动化和智能化
矿山压力控制技术可 以提高矿山安全生产 水平
智能化矿山建设需要 实现矿山压力控制的 实时监测和预警
矿山压力控制与绿色矿山建设
绿色矿山建设是矿山压力控制 的重要发展方向
矿山压力控制技术在绿色矿山 建设中的应用越来越广泛
矿山压力控制技术可以提高矿 山的安全性和环保性
矿山事故的发生率。
现场监测方法通过在矿山 现场安装传感器，实时监 测矿山压力的变化，可以 及时采取措施，降低矿山
事故的发生率。
矿山压力预测技术主要包 括数值模拟和现场监测两
种方法。
矿山压力预测技术的发展 对矿山安全生产具有重要 意义，可以有效降低矿山 事故的发生率，提高矿山
生产的安全性。
数值模拟方法通过建立数 学模型，对矿山压力进行 预测，可以预测矿山压力 的变化趋势和影响因素。
矿山压力控制介绍 课件
演讲人
目录
01. 矿山压力控制概述 02. 矿山压力控制技术 03. 矿山压力控制实践 04. 矿山压力控制发展趋势
矿山压力控制概 述
矿山压力控制的重要性
保障安全生产：矿 山压力控制是保障
1 矿山安全生产的重 要手段，可以有效 预防和减少矿山事 故的发生。
保护生态环境：矿 山压力控制可以减
矿山压力控制的主要方法
支护方式：采用合理的支护方式，如锚杆、锚 索、喷射混凝土等，以稳定围岩，防止坍塌。
监测与预警：通过监测矿山压力变化，及时预 警，采取措施防止事故发生。
优化开采方案：合理规划开采顺序、开采深度、 开采速度等，降低矿山压力。
充填开采：采用充填材料填充采空区，降低矿 山压力，防止地表沉降。
矿山压力控制效果评估
矿山压力及其控制采场岩层移动与控制
锚杆加固
利用锚杆对采场岩层进行 锚固，增强岩层的抗剪切 和抗拉能力，防止岩层发 生位移或崩落。
充填加固
利用充填材料对采场岩层 进行填充，增加岩层的支 撑力和承载能力，提高岩 层的稳定性。
采场岩层移动预测技术
1 2 3
数值模拟
利用数值计算方法对采场岩层移动进行模拟，预 测岩层移动的范围、速度和方向，为采场设计和 安全防护提供依据。
采用控制开采深度、调整采空区处理方式、加强采空区监测等措施 ，有效控制岩层移动。
实施效果
经过调整，采空区岩层塌陷得到有效控制，周边环境得到保护，安全 生产得到保障。
矿山压力与采场岩层移动联合控制案例
案例概述
某大型矿山的采场在开采过程中，面临矿山压力和采场岩 层移动的双重挑战，给安全生产带来极大威胁。
01
02
03
04
弯曲下沉
岩层在采空区上方发生弯曲， 向下移动。
破裂与断裂
岩层在采空区边缘发生破裂或 断裂。
离层
岩层之间出现分离，形成空隙 。
隆起
岩层在采空区下方局部隆起。
采场岩层移动过程
初采阶段
01
岩层开始移动，但移动范围较小。
中期阶段
02
岩层移动范围扩大，达到最大值。
末期阶段
03
岩层移动逐渐减小，趋于稳定。
支架选型与支护
根据采场条件选择合适的支架类型和 参数，确保支架具有足够的承载能力 和稳定性。
充填采空区
利用充填材料充填采空区，支撑上覆 岩层，减小顶板压力。
矿山压力控制效果评估
顶板下沉量与下沉速度
通过监测顶板的下沉量和下沉速度，评估矿 山压力控制效果。
岩层移动范围
通过分析岩层移动的监测数据，评估采场岩 层的稳定性。
矿山压力与控制
矿山压力与控制1、矿山压力：由于矿山开采活动的影响，在巷道周围岩体中形成的和作用在巷道支护物上的力定义为矿山压力。
在相关学科中也称为二次应力或工程扰动力2、矿山压力显现：由于矿山压力作用使巷峒周围岩体和支护物产生的种种力学现象，统称为矿山压力显现。
3、矿山压力控制：所有减轻，调节，改变和利用矿山压力作用的各种方法，均叫做矿山压力控制。
4、矿山压力与岩层控制的研究方法：矿山压力与岩层控制采用了理论研究，实验室实验，现场观测等不同形式的研究方法。
5、岩石的孔隙性：岩石的孔隙性是岩石中孔洞和裂隙发育程度的指标，常用孔隙度表示，有时也用孔隙比来表示。
6、岩石的碎胀性：岩石的碎胀性是指岩石破碎后的体积比破碎前的体积增大的性质。
7、岩石的压实性：岩石的压实性是指岩石破碎后，在其自重和外加荷载作用下逐渐压实使体积减小的性质。
8、岩石的软化性：岩石的软化性是指岩石浸水后其强度降低的性质。
9、岩石的吸水性：遇水不崩解的岩石在一定实验条件下吸入水分的性能称为岩石的吸水性。
10、岩石的抗冻性：岩石的抗冻性是指岩石抵抗冻融破坏的能力。
11、岩石的蠕变特性：应力不变条件下，应变随时间延长而增加的现象。
12、岩石的受载状态：三轴等压抗压强度>三轴不等压抗压强度>双轴抗压强度>单轴抗压强度>抗剪强度>抗弯强度>单轴抗拉强度。
13、岩体结构的类型整体结构块状结构层状结构碎裂结构松散结构14、影响岩体强度的因素结构面产状结构面密度试件尺寸环境围压空隙水压15、构造应力：是指由于地壳构造运动在岩体中引起的应力16、构造应力的基本特点：一般情况下地壳运动以水平运动为主，构造应力主要是水平应力构造应力分布不均匀，在地质构造变化比较剧烈的地区，最大应力的大小和方向往往有很大的变化岩体中的构造应力具有明显的方向性，最大水平应力和最小水平应力之值一般相差较大构造应力在坚硬岩层中出现一般比较普遍，在软岩中储存构造应力很少17、原岩应力分布的基本规律：实测铅直应力基本上等于上覆岩层重量水平应力普遍大于铅直应力平均水平应力与铅直应力的壁纸随深度增加而减小最大水平应力和最小水平应力一般相差较大18、 1 在双向等压应力场中，圆孔周边全处于压缩应力状态2 应力大小与弹性常数E，μ无关3 σt,σr的分布和角度无关19、在岩体内开掘巷道后，巷道围岩必然出现应力重新分布，一般将巷道两侧改变后的切向应力增高部分称为支撑压力。
矿山压力研究方法分析
v z
zx
u z
w x
其中:u、v、w是在x、y、z方向上的位移分量。
对于弹性体，联结应力与应变关系的方程，称为胡克 定律，也称为本构关系,或应力应变关系。
x
1 E
x
( y
z)
y
1 E
y
( z
x)
z
1 E
z
( y
x)
xy
1 G
xy
yz
1 G
yz
zx
1 G
zx
剪切弹性模量G不是独立 的常数，它与弹性模量E 和泊松比μ的关系:
yz
zx
[D]是弹性矩阵,是联结应变列阵与应力列阵关系的矩阵, 可以从胡克定律中获得.
D
1.4 虚功原理(虚位,若给它任意微小的、实际约 束所许可的虚位移,并同时在弹性体内产生虚应变时，体力与 面力在虚位移上所做的虚功等于整个弹性体内的虚应变能.
l
弹性模量E，与P力对应的伸长量Δ。由胡克
定律：
Δ P
P E, l F l P E•F
一般情况下，如果载荷： P P dP 则伸长量： d
P+ dP
P 1 dP 2
P
在获得微小增量过程中,载荷平均值:
P 1 dP 2
Δ
Δ+dΔ
在获得微小增量过程 中,载荷所做的功:
略去二阶小量:
dW (P 1 dP)d P • d 1 dP • d
2
2
dW P • d
应用载荷与位移成正比关系: P dP E d
F
l
P dP E E d P E d FF l l F l
d l dP E•F
dW l PdP E•F
矿山压力理论讲解
及特性以及回采工艺的差异，可能形成不同的复杂的力学
结构。这远非压力拱理论所能概括与阐明的。
第3部分
梁的假说
本部分主要内容：
双支梁假说
悬臂梁假说
砌体梁假说 传递岩梁假说 弹性基础梁模型
梁的假说是近代矿压假说的显著特点。
由于对属性的梁的认识不同，有双支梁假说、悬臂梁假说、砌 体梁假或冒
落的矸石开始压缩的15m内形成 另一拱脚的最大压力区，在这两 个最大压力区的拱中心形成驼峰 状的压力分布，两侧高中间低。
（3) 在压力拱内为卸载区，卸载区也同时能在底板中 形成。
（4) 利用全部垮落法管理顶板时，压力拱陡峭且比较 高；用充填法时则拱平缓且拱高小。
（5) 拱的高度和宽度仅取决于煤层厚度(采高)、顶板
矿山压力理论
主要内容：
1.概述
2.压力拱假说
3.梁的假说
4.其他几种假说及评价
5. 采场矿压假说总结
第1部分
概 述
本部分主要内容：
矿压理论的建立基础 矿山压力假说中基本观点的内容
几种主要矿压假说
1.矿压理论的建立基础
矿山压力假说是采矿科学发展的重要形式，是弄清矿山 压力及其显现规律的有效途径。
1、双支梁假说
双支梁假说模型见图：
认为在老顶垮落之前，老顶
弯曲下沉量很小，可忽略。
当直接顶垮落高度不充分，老顶处于悬露状态，由于回采
工作面沿倾斜方向长度远大于沿走向的悬露跨度，可将老
顶岩层视为一端由工作面煤壁，另一端由区段边界煤柱支 撑的“梁”，即所谓双支梁假说。
按梁两端的支撑条件不同，又可分为简支梁和固定梁。
采场矿山压力及其控制方法
采场矿山压力及其控制方法矿山压力是指矿山开采活动对地表和地下岩石造成的压力，包括矿体的应力变化、地表和地下岩石的变形和断裂等。
矿山压力的控制是矿山安全生产的重要环节，对于降低矿山事故发生率，保护人员和设备安全具有重要意义。
本文将介绍矿山压力的分类及其控制方法。
一、矿山压力的分类矿山压力可分为两类：地应力和岩层压力。
1.地应力地应力是指地球的重力作用下，岩石所受到的压力。
地应力可分为垂直应力和水平应力。
垂直应力是指地球的重力在垂直方向上对岩石所产生的压力，水平应力是指岩石在水平方向上所受到的压力。
地应力的大小与地下深度、地下岩石的物理性质等因素有关。
一般来说，地下深度越深，地应力就越大。
地应力的大小对矿山开采活动的影响较小，但在矿山开采过程中，地应力的变化会导致岩石的断裂和变形，从而对矿山安全产生影响。
2.岩层压力岩层压力是指地下岩石在矿山开采过程中受到的压力。
岩层压力的大小与岩层的物理性质、采场的开采方式等因素有关。
岩层压力可分为两部分：自重应力和采场应力。
自重应力是指岩石由于自身重力而产生的应力。
岩层的自重应力与岩石的密度和岩层厚度有关，一般来说，岩石的密度越大，岩层的厚度越大，自重应力就越大。
采场应力是指岩层由于矿山开采活动而产生的应力。
采场应力的大小与采场的形状、岩层的断裂性质等因素有关。
采场应力的增大会导致岩层的压缩和断裂，从而引发地表和地下的变形和破坏。
二、矿山压力的控制方法为了保证矿山的安全生产，必须采取措施控制矿山压力的变化。
矿山压力的控制方法主要包括：支护方法、爆破技术、水力压裂技术等。
1.支护方法支护是指采用各种方法和材料对岩层进行加固，以防止岩层的变形和破坏。
常用的支护方法包括：锚杆支护、喷射混凝土支护、钢架支护等。
锚杆支护是通过钢筋和固化材料将岩层固定在一起，增加岩层的强度和稳定性。
锚杆支护适用于对较薄的岩层进行支护。
喷射混凝土支护是指将混凝土喷射到岩层表面，形成一层坚硬的保护层，以保护岩层不受压力的破坏。
采场矿山压力及其控制方法范文
采场矿山压力及其控制方法范文矿山是一种开采地下矿藏的场所，由于地下矿井的开采，会对矿山产生一定的压力。
采场矿山压力是指在地下采掘过程中，由于各种因素造成的地压、岩层位移等引起的压力。
采场矿山压力的控制是矿山安全生产的关键环节，合理控制采场矿山压力对保障矿山的安全和高效经营具有重要意义。
本文将重点探讨采场矿山压力及其控制方法。
一、采场矿山压力形成原因1.岩层的自重压力：地下矿井是由各种岩层组成的，岩层的自重压力是造成采场矿山压力的主要原因之一。
岩层的自重压力由地下岩层的密度和厚度等因素决定，通常情况下，岩层的自重压力会随着矿井深度的增加而增大。
2.巷道采取压力：在采区内进行开挖巷道的过程中，会造成巷道维护压力。
巷道维护压力是指在巷道开挖过程中，岩层受到局部开挖作用力的影响，从而对巷道周围的岩体施加一定的压力。
3.采场开采压力：采场是指开采岩矿的作业场所，采场开采压力是指在采场开采作业过程中，岩层受到巷道支护失效、矿石回采等因素的影响，从而对采场周围的岩体施加一定的压力。
二、采场矿山压力的分类采场矿山压力可分为两类：恒定压力和变动压力。
1.恒定压力：恒定压力是指在采区内一段时间内保持不变的压力。
恒定压力的主要原因是岩层的自重压力和巷道维护压力。
2.变动压力：变动压力是指在采区内发生周期性、随时间变化的压力变化。
变动压力的主要原因是采场开采压力引起的，采场开采压力的大小和变化规律取决于采矿方法和矿石回采方式等因素。
三、采场矿山压力的控制方法1.合理的巷道支护设计：在采场开挖巷道时，应根据矿山地质条件和巷道的使用要求，合理设计巷道支护结构。
巷道支护结构主要包括巷道衬砌、锚索和支柱等。
巷道支护的设计要考虑到巷道的稳定性、安全性和经济性等因素，以保证巷道的安全性能，防止巷道失稳和岩层冒落等事故的发生。
2.科学的开采技术：采场开采技术是矿井安全生产的核心内容，合理选择采矿方法和矿石回采方式对控制采场矿山压力具有重要作用。
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第十二章矿山压力研究方法第一节长壁工作面矿压观测一、采场矿压观测方法概述观测工作面矿压显现的指标有两类：一类是控顶区围岩变形量和支架承载变形特征；另一类是控顶区围岩破坏特征。
前者一般称为“三量”。
后者有煤壁处切顶台阶数目与高度、煤壁片帮深度、端面顶板破碎度等，是对围岩破坏的统计观测，一般又称为“统计观测”。
b5E2RGbCAP“三量”观测方法是在上一个世纪二次世界大战后，原苏联和东西欧洲的一些开采煤炭的国家广泛发展和应用的观测方法。
六十年代初，我国在借鉴原苏联“三量”观测方法的基础上，由煤炭科学研究院制定了统一的观测规范，在我国全面推广应用。
p1EanqFDPw“统计观测”是联邦德国埃森岩石力学矿山支护研究所0.雅各毕博士在上个世纪六十年代创立的，并在欧共体采煤国得到广泛应用(12-1>。
1975年中国矿业大学的学者们在我国阳泉矿务局一矿综采工作面矿压观测中首次应用，并迅速在我国推广应用。
DXDiTa9E3d二、长壁工作面“三量”观测(一> “三量”及其测试方法⒈顶底板移近量指煤炭采出后，同一测点随开采在控顶区范围顶底板移近值。
如图12-1a所示，对单体支柱工作面，是在开挖后即设置测站，量测顶底板距离S0，随工作面推进直到测站至最后一排支架处，量测顶底板的距离Sm，顶底板移近量S=S0－Sm，即控顶距wr范围内的顶底板RTCrpUDGiT6—套管； 7—固定螺钉移近值。
对综采工作面是指到液压支架尾端的顶底板移近值。
我国曾经应用最广泛的顶底板移近量量测方法，是选定位置后在顶板和底板对应位置楔入木楔，用专用测杆量测<图12-1b）。
近年已有多种量测仪表可供选用。
5PCzVD7HxA⒉ 支架载荷是指实测的支架所承受的载荷，包括实测的初撑力和当时支架载荷。
图12-2 圆图压力自计仪液压支架一般采用圆图压力自计仪观测<图12-2），可实现24h 连续自动记录支柱内压力；单体液压支柱除可采用圆图压力自计仪观测外，也可采用各类测压压力表<图12-3），由观测工人按照规定的时间读表。
jLBHrnAILg图12-2 测压表⒊ 活柱下缩量是指支架架设后在控顶区范围内活柱下缩的值。
(二>工作面测站布置普遍采用沿工作面线方向设立上部、中部、下部3个测站。
一般情况下中部测站应选在工作面线的正中，上部和下部测站分别距回风平巷和运输平巷10~15m。
每个测站内设3条测线，布置于相邻的3架支架。
xHAQX74J0X如果观测有特殊要求，可增加辅助测站。
如工作面过断层时，为了研究断层附近矿压显现的变化，在断层附近增设测站。
一般每个测站仍需3条测线，以取得统计规律。
LDAYtRyKfE(三>观测方法规范性的矿压观测的目的是认识和总结工作面开采矿压显现的规律，及支护结构的适应性，称为常规矿压观测。
一般按照规定的作业循环，在每一班固定的时间系统观测1次。
Zzz6ZB2Ltk三、工作面控顶区围岩破坏状态观测(一> 控顶区围岩破坏状态的主要指标及测试方法⒈ 端面顶板破碎是指工作面前方无支护空间悬露顶板中，发生冒落的部分占整在我国，工作面控顶区围岩破坏状态观测是工作面矿压观测的一方面内容，因而，它的观测方法与组织和工作面矿压观测一样。
6ewMyirQFL图12-6 铁山南2111俯伪斜正台阶工作面及矿压观测测站布置图铁山南2111俯伪斜正台阶工作面采面垂高50m，斜长80m，沿倾斜划分为5个台阶，台阶高度8m，台阶间由伪斜角35°左右的小巷联系。
工作面采用HZWA-1700型摩擦金属支柱支护，排、柱距均长壁采场常规矿压观测原始数据的整理，一般需要以下一些基本工程：⑴按照观测序列的“三量”实测原始数据表；⑵ 按照观测序列的控顶区破坏状况实测原始数据表<如进行了这方面的观测）；⑶ 按照观测原始数据计算的支架载荷计算表，一般包括：① 每个测站每根观测支柱的按照作业循环的支柱初撑力值，支柱载荷的平均值<液压支柱应计算其时间加权平均值），支柱最大载荷值；y6v3ALoS89② 单体支柱应计算按照作业循环每一排的支柱初撑力平均值，支柱载荷的平均值和支柱最大载荷平均值；并进一步计算每个测站按照作业循环的支柱载荷的平均值和支柱最大载荷值；M2ub6vSTnP③ 液压支架应在分别计算按照作业循环前后排支柱的基础上，计算整个支架的按照作业循环的支柱初撑力平均值，时间加权平均载荷值的平均值，支柱最大载荷平均值；0YujCfmUCw④ 单体支柱应计算按照作业循环每一排的支柱处的顶底板移近量和控顶区顶底板移近量；⑤ 液压支架应计算按照作业循环的控顶区顶底板移近量，如无此项观测数据，一般应进行顶板破碎度的观测；⑥ 分别计算按照作业循环的工作面端面顶板破碎度、片帮面积和深度、台阶个数和高度的平均值；⑷ 绘制按照循环推进的支架载荷变化图，支架载荷应包括：初撑力平均值，时间加权平均载荷值的平均值，支柱最大载荷平均值。
并且在横坐标上对应每个循环标注其距开切眼的距离，和循环的起始时间；eUts8ZQVRd⑸ 绘制按照循环推进的控顶区顶底板移近量变化图；⑹ 绘制按照循环推进的工作面端面顶板破碎度平均值变化图。
这些都有相应的软件可供使用，具有大学本科程度的也应能编制适用软件以代替复杂的手工计算。
五、回采巷道矿压观测简述回采巷道处于工作面一侧，在其服务期间的相当一段时间，要矿山压力是由于工作面开挖在回采工作面和巷道周围岩体、以及支护结构物上形成的力，研究矿山压力就必须了解和分析相应开采阶段的围岩应力。
但是，要想通过观测的方法知道矿山开采过程中围岩中任何一点的力，实际上是非常困难的。
因而数值计算方法的发展越来越引起采矿界的重视，并逐步引入作为计算矿山压力的方法，在矿山压力研究中发挥着越来越重要的作用。
而且随着微型计算机的发展和在矿山越来越普遍的应用，以及相应计算软件的推广和普及，将在矿山工程实践中发挥它的作用。
TIrRGchYzg 图12-10是西安科技学院陈文东等为研究靖远王家山煤矿大倾角特厚煤层放顶煤开采建立的三维数值模型网格图。
试采的44407工作面煤层平均厚度16.43m<采高2.4~2.8），倾角29~35，工作面长度112m。
为了防止支架的下滑，工作面沿倾斜的下部逐步变化为水平。
7EqZcWLZNX图12-10 王家山煤矿大倾角煤层放顶煤开采三维数值模型网格图计算采用FLAC数值计算软件，在微型计算机上进行。
模型沿走向长165m，沿倾斜宽240m，三维模型共划分80836个单元，89881个结点。
计算采用的岩石力学参数如表12-2，服从莫尔-库仑准则。
lzq7IGf02E图12-11和图12-12分别为沿倾斜剖面的水平应力场和垂直应力场，可以看出由于煤层倾角的变化，沿工作面线方向无论是水平应力还是垂直应力，都呈现出较为明显的非对称性。
沿工作面线方向的上部的垂直应力明显大于下部，说明上部的顶煤自然破坏高度比下部高。
而下部向垂直方向的上方应力增大的梯度，又明显大于上部。
还可以看出，沿倾斜最下部的水平段煤体的水平应力和垂直应力都是相对最小的，顶煤自然破碎的应力环境最差，但对于“支架-围岩”系统的总体稳定性有利。
zvpgeqJ1hk应力场应力场图12-13 沿倾斜剖面的破坏场二、有限元方法简介有限元法求解程序的过程是：结构离散化，输入或生成有限元网络→计算单元刚度矩阵形成总刚度矩阵→形成节点载荷向量→引入约束条件→解线性代数方程组→输出节点位移→计算并输出单元的应力(12-3>。
NrpoJac3v1概括的说，有限单元法解题的一般步骤是：结构的离散化，选择位移模式，建立平衡方程，求解节点位移，计算单元中的应变和应力。
1nowfTG4KI在矿山压力研究中应用的有限元计算软件主要是国内外岩土工程应用的软件，三、离散元方法简介离散元法也像有限元法那样，需要将模型的区域划分成单元，但是这些单元是相对独立的块体，在以后的运动中一个单元可以和相邻单元接触，也可以分离。
因而，它不需要满足变形协调方程。
除了边界条件以外，它必须满足表征介质应力与应变之间关系的物理方程和相对于每一个块体的平衡方程。
fjnFLDa5Zo第三节矿山开采的相似模拟实验方法概述一、相似材料模拟实验的原理与方法相似材料模拟实验方法最早的应用大约在十八世纪末十九世纪初，著名地质学家、地质构造模拟实验的先驱James Hall<1761-1832）最早用模拟模型实验再现了各种构造形态的形成过程，包括用叠层湿粘土作褶皱的模拟。
我国地质力学的创始人李四光教授早在1929年就进行了弧形构造的模拟实验研究。
tfnNhnE6e5(一)相似第一定律考察两个系统所发生的现象，如果在其所有对应点上均满足以下两个条件，则称这两个现象为相似现象。
条件甲：相似现象的各对应物理量之比应当是常数，称为“相似常数”。
相似材料模拟实验方法要求满足的主要是几何相似，运动相似和动力相似。
HbmVN777sL几何相似运动相似动力相似式中：l、t、M——长度、时间、质量；p——原型；m——模型“；——长度相似常数；——时间相似常数——质量相似常数条件乙：凡属相似现象，均可用同一基本方程式描述。
(二)相似第二定律约束两相似现象的基本物理方程可以用量纲分析的方法转换成用相似判据方程来表达的新方程，即转换成方程。
两个系统的方程必须相同。
V7l4jRB8Hs(三)相似第三定律相似第三定律又称为相似存在定律，认为：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。
单值条件为：⑴ 原型和模型的几何条件相似；⑵ 在所研究的过程中具有显著意义的物理常数成比例；⑶ 两个系统的初始状态相似，例如岩体的结构特征；层理、节理、断层、洞穴的分布状况；水文地质情况等等；⑷ 在研究期间两个系统的初始边界条件相似，例如是平面应力问题还是平面应变问题。
矿山工程相似材料模拟实验所选用的材料由骨料、粘结料和添加剂组成。
骨料大都采用河沙或石英砂，粘结料采用石膏或石腊，国外也有采用树脂材料。
添加剂主要是为装置模型工艺需要而加入的缓凝剂、增强剂等。
材料配比的准确是保证模拟实验动力相似的基本条件，装置模型前必须选择各类岩层的模拟材料配比，每更换一次材料<骨料或粘结料）都应进行配比的验证实验。
83lcPA59W9矿山工程相似材料模拟实验的基本过程主要包括以下环节：⑴ 根据研究或实验课题的基本要求提出实验设计实验设计应包括：实验的目的与任务；选择模拟实验方法，即模型架的类型和尺寸；选择各类实验岩层的材料配比；确定模型铺设工艺；确定实验测试内容，选择实验测试仪器仪表；设计模拟实验过程；mZkklkzaaP⑵ 相似材料模型的铺设和装置；如图12-14，是实验前对模拟实验的总体设计构图。