采场矿压与覆岩运动的机械模拟实验
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1 机械模拟实验台组成
机械模拟实验台由模型的实验结构和测试控制 系统 2 大部分组成［5］。 1． 1 实验结构部分
模型在成型方式上，设计为化整为零的“积木” 式排列方式，模型材料能够重复使用。整个实验过 程能够人为的进行控制，并方便了模型的安装与拆 卸，有效地简化了原来相似材料模拟实验过程中许 多繁琐工序及其在成型时笨重的体力劳动，这不仅
文章编号：1003 － 496X（ 2012） 09 － 0050 － 03
Experimental Study on Mechanical Simulation of Mining Pressure and Overlying Strata Movement
WEI Zhong － ju，GUO Wei － jia，ZHU Xue － jun，LI Yang － yang （ State Key Laboratory of Mine Disaster Prevention and Control，Shandong University of Science and
试验·研究
（ 2012 － 09）
·51·
节省了实验过程中人力、物力的消耗，而且也大大地 缩短了实验周期。 1． 2 测试控制系统
Technology，Qingdao 266590，China） Abstract： Taking thick coal seam mining with special geological condition of Huafeng coal mine as the research object，the mechanical simulation experiment of abutment pressure development and overlying strata movement laws during mining process were carried out by using mechanical simulation testing bench of mining pressure． The experimental results showed that abutment pressure had significant change with coal seam mining，and the pressure in plastic zone rised gradually while in elastic zone decreased monotonically； overlying strata formed composite structure and moved regularly，and bed separation had a characteristics of dynamic change； the maximum subsidence increased with the working face mining and maximum subsidence point gradually developed to the mining direction． Key words： abutment pressure； mining influence； overlying strata movement； mechanical simulation； maximum surface subsidence value
·50·
（ 第 43 卷第 9 期）
试验·研究
采场矿压与覆岩运动的机械模拟实验研究
魏中举，郭惟嘉，朱学军，李杨杨
（ 山东科技大学 矿山灾害预防控制国家重点实验室，wk.baidu.com东 青岛 266590）
摘 要：以华丰煤矿特殊地质条件下厚煤层开采为研究对象，利用采场矿压机械模拟实验台，进
行了采动过程中支承压力发展演化与覆岩运动规律的机械模拟实验。实验结果表明： 支承压力
煤层采动后，上覆岩层形成的空间力学结构是 研究采场岩层控制的重点。采场支承压力的发展变 化与上覆岩层运动之间的关系以及来压时刻支架与 围岩（ 顶板） 间互相作用的关系，是解决采场矿压及 其控制问 题 的 基 础［1］。 由 于 采 场 支 承 压 力 的 发 展 变化及其影响因素的复杂性和现场实际研究中采场 上覆岩层运动的不可见性，给采场矿压的理论研究 带来了极大的困难。受现场观测研究中测点布置及 观测手段的制约，难以对随采场推进过程中支承压 力动态发展变化作全面连续的测定。在采场矿压的 模拟实验研究方面，一些学者采用相似材料模拟进 行了大量实验，取得了较多的研究成果［2 － 5］，但相似 材料模拟实验一般周期较长、材料不可重复使用。
基金项目：国家自然科学基金资助项目（ 51104094） ； 山东省优秀中 青年专家基金资助项目（ BS2010NJ013 ） ； 教育部博士学科点专项科 研基金资助项目（ 20103718110001） ； 山东科技大学科研创新团队支 持计划资助项目（ 2010KYTD106） ； 山东科技大学研究生科技创新基 金资助项目（ YCA120302）
利用山东科技大学自主研制的“采场矿压机械 模拟实验台 ”，研 究 了 采 动 过 程 中 支 承 压 力 发 展 演 化与上覆岩层运动之间的关系。机械模拟实验系统 的设计是以“以岩层运动为中心的矿山压力和岩层 控制理论”为 基 础，采 取 物 理 模 拟 金 属 等 无 细 粒 结 构的材料，既能形象、直观地观察采场上覆岩层的运 动状态，又能通过测试仪器随时观察采场支承压力 的分布状况及其发展变化趋势［5］。
随煤层推采发生明显的变化，塑性区压力逐渐上升，弹性区压力则单调下降； 覆岩形成组合结构
有规律的运动，离层呈现出动态变化的特性； 最大下沉值随工作面开采不断变大且最大下沉值点
逐渐向开采方向发展。
关键词：支承压力； 采动影响； 覆岩运动； 机械模拟； 最大下沉值
中图分类号：TD315 + ． 3
文献标志码：A
机械模拟实验台由模型的实验结构和测试控制 系统 2 大部分组成［5］。 1． 1 实验结构部分
模型在成型方式上，设计为化整为零的“积木” 式排列方式，模型材料能够重复使用。整个实验过 程能够人为的进行控制，并方便了模型的安装与拆 卸，有效地简化了原来相似材料模拟实验过程中许 多繁琐工序及其在成型时笨重的体力劳动，这不仅
文章编号：1003 － 496X（ 2012） 09 － 0050 － 03
Experimental Study on Mechanical Simulation of Mining Pressure and Overlying Strata Movement
WEI Zhong － ju，GUO Wei － jia，ZHU Xue － jun，LI Yang － yang （ State Key Laboratory of Mine Disaster Prevention and Control，Shandong University of Science and
试验·研究
（ 2012 － 09）
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节省了实验过程中人力、物力的消耗，而且也大大地 缩短了实验周期。 1． 2 测试控制系统
Technology，Qingdao 266590，China） Abstract： Taking thick coal seam mining with special geological condition of Huafeng coal mine as the research object，the mechanical simulation experiment of abutment pressure development and overlying strata movement laws during mining process were carried out by using mechanical simulation testing bench of mining pressure． The experimental results showed that abutment pressure had significant change with coal seam mining，and the pressure in plastic zone rised gradually while in elastic zone decreased monotonically； overlying strata formed composite structure and moved regularly，and bed separation had a characteristics of dynamic change； the maximum subsidence increased with the working face mining and maximum subsidence point gradually developed to the mining direction． Key words： abutment pressure； mining influence； overlying strata movement； mechanical simulation； maximum surface subsidence value
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（ 第 43 卷第 9 期）
试验·研究
采场矿压与覆岩运动的机械模拟实验研究
魏中举，郭惟嘉，朱学军，李杨杨
（ 山东科技大学 矿山灾害预防控制国家重点实验室，wk.baidu.com东 青岛 266590）
摘 要：以华丰煤矿特殊地质条件下厚煤层开采为研究对象，利用采场矿压机械模拟实验台，进
行了采动过程中支承压力发展演化与覆岩运动规律的机械模拟实验。实验结果表明： 支承压力
煤层采动后，上覆岩层形成的空间力学结构是 研究采场岩层控制的重点。采场支承压力的发展变 化与上覆岩层运动之间的关系以及来压时刻支架与 围岩（ 顶板） 间互相作用的关系，是解决采场矿压及 其控制问 题 的 基 础［1］。 由 于 采 场 支 承 压 力 的 发 展 变化及其影响因素的复杂性和现场实际研究中采场 上覆岩层运动的不可见性，给采场矿压的理论研究 带来了极大的困难。受现场观测研究中测点布置及 观测手段的制约，难以对随采场推进过程中支承压 力动态发展变化作全面连续的测定。在采场矿压的 模拟实验研究方面，一些学者采用相似材料模拟进 行了大量实验，取得了较多的研究成果［2 － 5］，但相似 材料模拟实验一般周期较长、材料不可重复使用。
基金项目：国家自然科学基金资助项目（ 51104094） ； 山东省优秀中 青年专家基金资助项目（ BS2010NJ013 ） ； 教育部博士学科点专项科 研基金资助项目（ 20103718110001） ； 山东科技大学科研创新团队支 持计划资助项目（ 2010KYTD106） ； 山东科技大学研究生科技创新基 金资助项目（ YCA120302）
利用山东科技大学自主研制的“采场矿压机械 模拟实验台 ”，研 究 了 采 动 过 程 中 支 承 压 力 发 展 演 化与上覆岩层运动之间的关系。机械模拟实验系统 的设计是以“以岩层运动为中心的矿山压力和岩层 控制理论”为 基 础，采 取 物 理 模 拟 金 属 等 无 细 粒 结 构的材料，既能形象、直观地观察采场上覆岩层的运 动状态，又能通过测试仪器随时观察采场支承压力 的分布状况及其发展变化趋势［5］。
随煤层推采发生明显的变化，塑性区压力逐渐上升，弹性区压力则单调下降； 覆岩形成组合结构
有规律的运动，离层呈现出动态变化的特性； 最大下沉值随工作面开采不断变大且最大下沉值点
逐渐向开采方向发展。
关键词：支承压力； 采动影响； 覆岩运动； 机械模拟； 最大下沉值
中图分类号：TD315 + ． 3
文献标志码：A