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摘 要：相似模拟实验示意相似理论为基础的室内实验室实验的一种模型实验技术，是利用事物或者现象间所处在的一些相似特征规律来研究自然规律的一种科学手段，适用于难以用理论分析方法获取结果的研究领域。本次采用相似模拟实验主要研究深部薄煤层保护层开采之后观察被保护层的应力场的变化以及被保護层的卸压情况。
0前言
本次采用相似模拟实验主要研究深部薄煤层保护层开采之后观察被保护层的应力场的变化以及被保护层的卸压情况。本文以64#煤层五采区左二片为基础研究对象，根据相似原理进行调整有关地质条件以及力学参数。使其符合一般煤层开采规律。主要研究以下内容：保护层开采的保护范围;保护层开采后被保护层的应力应变情况。
1相似模型设计
相似模型设计根据煤矿的实际工作面条件确定实验的几何相似比（原型几何尺寸Lp与模型几何尺寸Lm之比）选择为。动力相似，根据实验中选用的相似材料，以及我国煤矿岩石的密度，动力比例系数为。应力相似，从理论得知。由于泊松比为无量纲的参数，因此，相似材料的泊松比要与岩石的相同。模型材料选用石膏混凝土，其主要成分为砂子、石膏、石灰等，改变胶结剂和骨料的组分，可以模拟不同类型的岩层。砂子粒度以0.15mm～0.5mm为宜，石灰宜采用新鲜烧透的灰块，石膏为熟石膏。
⑴ 试验加载值计算
对于模型上未能模拟的上覆岩层厚度，需用加载的方法来模拟，模型上需要施加的重力载荷为：
式中——上覆岩层容重，其平均值约为25KN/m3（泥岩容重），。
其中：在相似材料模拟试验参数取值为：
H从地表至煤层的上覆岩层厚度，650m
H1—— 煤层上面模型模拟的岩层厚度，44m
即：=113.63KN
为弥补模型与槽钢档板之间的摩擦力引起的载荷损失，需补偿摩擦力载荷qm2以减小摩擦损失，要求将模型每边的槽钢置于同一竖直面内，且模型材料与槽钢之间铺一层有机玻璃纸或塑料薄膜夹黄油。取四周摩擦阻力系数f=0.2，以极限应力状况估计摩擦补偿载荷，单位长度（cm）上的摩擦力可按下式计算：
式中：
沿倾斜方向的相似材料模拟模型共需补偿载荷为：
=113.630.21+0.751=23.48KN。（ 泥岩容重 ）
根据以上公式计算得：
相似模型所需补偿载荷约为：Pm=23.48KN。
⑵加载方式
相似模型试验采用施加配重进行配置。
2相似模拟实验过程
（1）模型的开采
根据现场的开采的实际情况，计算模拟开采距离，每次开开采2cm间隔一小时之后进行观测。
（2）监测点的布置方式
在模型上每隔5cm就布置一个监测点，一共布置19条监测线每个监测线上每隔5cm布置一个监测点，从上至下均匀分布。
（3）压力传感器的布置
实验用BX-1型压力传感器来测定应力的分布情况。
（4）观测方法
①位移观测方法。测点位移采用水准仪进行位移观测;
②应力观测方法。应力观测采用的应力观测为BX系列传感器。
3被保护层应力场变化分析
在被保护层开采过程中，应力随着保护层的推进也发生着变化。随着保护层工作面的推进，这个实验模型应力也经历了原始应力、应力集中、卸压、应力恢复几个阶段。保护层开采过程中，单个测点应力变化如图2所示。开挖过程中多个测点应力变化如图3所示。开挖后应力整体变化如图4所示。
如图4、5所示，在距离测点30-20m处，应力基本未发生变化，此时测得的应力为原岩应力，约为10.1MPa左右。在工作面距离测点10-15m处，，应力迅速增大，出现应力集中，应力集中一直持续到工作面超前测点10-15m处。此处应力集中区。在工作面超前测点10-15m处，应力急剧下降最低应力降到了3.8MPa。在工作面超前测点30m左右出现了最大卸压。开挖后应力整体变化如图4-10所示，在距切眼后20-65m处为卸压区;在80m处为应力集中区，此处应力大于原始应力。
4结论
在相似模拟理论和新兴煤矿地质条件的基础上确定了相似模拟方案和相似模拟参数，通过保护层的开采相似模拟实验对保护层开采的过程中被保护层的变形场、应力场变化进行了考察。在距测点20cm处应力迅速增大，出现应力集中现象;在距测点20cm处发生卸压，应力急剧下降到9.5MPa左右，小于原岩应力。
参考文献
[1]俞启香.天府煤矿远距离解放层解放效果考察研究[C].徐州：中国矿业大学出版社， 2005.
[2]王海锋，程远平，刘桂建，等. 被保护层保护范围的扩界及连续开采技术研究[J]. 采矿与安全工程学报， 2013， 30（4）：595-599
[3]刘天泉等.煤矿地表移动与覆岩破坏规律及其应用[M].北京：煤炭工业出版社，1981.
作者简介：第一作者：王社新（ 1969-） ，男，吉林榆树人。1994年毕业于黑龙江科技学院采矿工程专业，高级工程师，现任龙煤双鸭山公司生产技术部部长，长期从事煤矿安全、生产、经营管理工作。
0前言
本次采用相似模拟实验主要研究深部薄煤层保护层开采之后观察被保护层的应力场的变化以及被保护层的卸压情况。本文以64#煤层五采区左二片为基础研究对象，根据相似原理进行调整有关地质条件以及力学参数。使其符合一般煤层开采规律。主要研究以下内容：保护层开采的保护范围;保护层开采后被保护层的应力应变情况。
1相似模型设计
相似模型设计根据煤矿的实际工作面条件确定实验的几何相似比（原型几何尺寸Lp与模型几何尺寸Lm之比）选择为。动力相似，根据实验中选用的相似材料，以及我国煤矿岩石的密度，动力比例系数为。应力相似，从理论得知。由于泊松比为无量纲的参数，因此，相似材料的泊松比要与岩石的相同。模型材料选用石膏混凝土，其主要成分为砂子、石膏、石灰等，改变胶结剂和骨料的组分，可以模拟不同类型的岩层。砂子粒度以0.15mm～0.5mm为宜，石灰宜采用新鲜烧透的灰块，石膏为熟石膏。
⑴ 试验加载值计算
对于模型上未能模拟的上覆岩层厚度，需用加载的方法来模拟，模型上需要施加的重力载荷为：
式中——上覆岩层容重，其平均值约为25KN/m3（泥岩容重），。
其中：在相似材料模拟试验参数取值为：
H从地表至煤层的上覆岩层厚度，650m
H1—— 煤层上面模型模拟的岩层厚度，44m
即：=113.63KN
为弥补模型与槽钢档板之间的摩擦力引起的载荷损失，需补偿摩擦力载荷qm2以减小摩擦损失，要求将模型每边的槽钢置于同一竖直面内，且模型材料与槽钢之间铺一层有机玻璃纸或塑料薄膜夹黄油。取四周摩擦阻力系数f=0.2，以极限应力状况估计摩擦补偿载荷，单位长度（cm）上的摩擦力可按下式计算：
式中：
沿倾斜方向的相似材料模拟模型共需补偿载荷为：
=113.630.21+0.751=23.48KN。（ 泥岩容重 ）
根据以上公式计算得：
相似模型所需补偿载荷约为：Pm=23.48KN。
⑵加载方式
相似模型试验采用施加配重进行配置。
2相似模拟实验过程
（1）模型的开采
根据现场的开采的实际情况，计算模拟开采距离，每次开开采2cm间隔一小时之后进行观测。
（2）监测点的布置方式
在模型上每隔5cm就布置一个监测点，一共布置19条监测线每个监测线上每隔5cm布置一个监测点，从上至下均匀分布。
（3）压力传感器的布置
实验用BX-1型压力传感器来测定应力的分布情况。
（4）观测方法
①位移观测方法。测点位移采用水准仪进行位移观测;
②应力观测方法。应力观测采用的应力观测为BX系列传感器。
3被保护层应力场变化分析
在被保护层开采过程中，应力随着保护层的推进也发生着变化。随着保护层工作面的推进，这个实验模型应力也经历了原始应力、应力集中、卸压、应力恢复几个阶段。保护层开采过程中，单个测点应力变化如图2所示。开挖过程中多个测点应力变化如图3所示。开挖后应力整体变化如图4所示。
如图4、5所示，在距离测点30-20m处，应力基本未发生变化，此时测得的应力为原岩应力，约为10.1MPa左右。在工作面距离测点10-15m处，，应力迅速增大，出现应力集中，应力集中一直持续到工作面超前测点10-15m处。此处应力集中区。在工作面超前测点10-15m处，应力急剧下降最低应力降到了3.8MPa。在工作面超前测点30m左右出现了最大卸压。开挖后应力整体变化如图4-10所示，在距切眼后20-65m处为卸压区;在80m处为应力集中区，此处应力大于原始应力。
4结论
在相似模拟理论和新兴煤矿地质条件的基础上确定了相似模拟方案和相似模拟参数，通过保护层的开采相似模拟实验对保护层开采的过程中被保护层的变形场、应力场变化进行了考察。在距测点20cm处应力迅速增大，出现应力集中现象;在距测点20cm处发生卸压，应力急剧下降到9.5MPa左右，小于原岩应力。
参考文献
[1]俞启香.天府煤矿远距离解放层解放效果考察研究[C].徐州：中国矿业大学出版社， 2005.
[2]王海锋，程远平，刘桂建，等. 被保护层保护范围的扩界及连续开采技术研究[J]. 采矿与安全工程学报， 2013， 30（4）：595-599
[3]刘天泉等.煤矿地表移动与覆岩破坏规律及其应用[M].北京：煤炭工业出版社，1981.
作者简介：第一作者：王社新（ 1969-） ，男，吉林榆树人。1994年毕业于黑龙江科技学院采矿工程专业，高级工程师，现任龙煤双鸭山公司生产技术部部长，长期从事煤矿安全、生产、经营管理工作。