相似模拟试验总结

1、架子的设计原则

①分层：以2~3cm为宜，1~5cm之间。关键层厚度可适当增加厚度（5~10厘米为宜）及

强度配比。若实际中出现特厚的岩层，在模型设计和堆砌时，采用相同配比下人为分层的方法，将其一分为二。模型顶部岩层可依照实际岩层厚度，影响不大，不用分层铺设。

②强度配比：个人认为可以9：1（骨料与辅料）作为坚硬岩层与松软岩层的分界点。沙子

为骨料，石膏、腻子粉为辅料。主料的比例影响整体岩层强度，占比越大，模拟层强度越低。辅料中石膏，是起增强模拟层强度作用，腻子粉增强岩层韧性或弹性

③晾干时间：夏天，15-20天。冬天30天为宜。无需完全晾干，晾干会使岩层强度增大。

期间，可采用风扇吹干，不建议采用烘烤的方式。自然风干最好。若烘烤或吹干，建议烤或吹背面（不照相的一面）。吹干或烘烤，尤其是烘烤，可使烘烤部位强度、硬度变大。

④层理：相似材料中使用云母片模拟岩层层理。片状的云母片模拟层理最为适宜。铺撒量

的控制，铺一层，以80%~100%覆盖下部煤岩层为宜。若铺撒的少，会出现模拟层层理不明现象，层与层连成一体，两层或几层成为一个整体，强度增大，影响矿压显现。云母片铺撒中，注意在正面紧贴槽钢边缘多撒一些，以便外观上能明显看到层理。云母片的铺撒决定了模拟层之间层理明显与否，显著影响开挖时离层与否。

⑤锤砸程度：较薄的分层（厚度）下，锤砸的强度可稍大一点。较厚的分层锤砸强度可相

对低些。

⑥实验架两侧刷油或贴硫酸纸。主要是为了减少模型加载时两侧的夹滞力。

⑦塑料，木块替代，增滑

⑧冬天可适当减少水分在配比中的比重。装填模型时，注意下一分层水灰（水、沙、石膏、

腻子粉）混合的时机，混合后会短时间内凝结成块，不利于模型层的均质性。应注意，在上一分层堆砌与下分层水灰混合的时机。

⑨木屑、铁屑等的使用。木屑可以降低岩层强度与容重，增强塑性。铁屑可以降低岩层强

度，增强模拟层塑性变形，增加容重。容重增加，在实验中可提高岩层依靠自重断裂的可能性。

⑩岩层铺设厚度的控制：两侧固定皮尺。

2、数据采集方法及注意事项

采用仪器自动采集数据，仪器的连接方法：

①正确连接传感器与接线箱（接线柱），连接方式为全桥式连接（针对此次传感器，1234

接线夹对应ABCD接线柱）。

②正确连接接线箱与接线箱（针孔接口），连接方式为串联。

③正确连接接线箱与控制器（针孔接口）

④正确连接控制器与电脑（USB借口专用数据线连接）

⑤首先连通控制器电源，坚持控制器与接线箱供电正常。

⑥启动试验软件，系统自检寻找控制器与接线箱，至正常启动。

⑦设置测试参数。（土压力盒的测试内容为）

⑧点击“平衡”按钮，进行数据平衡，并导出平衡结果。

注意：备份平衡结果。

平衡结果的选择与使用。

①实验前采集平衡状态（数据零点）。整个试验使用无压状态的平衡结果。

②实验中采集平衡状态（数据零点）。选择加载后进行平衡，并使用此平衡零点结果进行

开挖过程试验数据的采集。（无加载与加载状态可通过独立测试进行）

试验开始前，传感器埋设前，首先对传感器进行编号，对传感器进行试验前数据平衡，也就是无压平衡，即以无压状态为整个试验数据采集的零点状态。导出此平衡结果（使用软件导出），开挖实验开始时导入软件，并依此为零点状态。这保证了，实验中采集的数据压缩压力为正值，拉伸压力为负值。建议采用这种方法。

若不这样做，只有再埋设之后再进行数据平衡，这会导致原岩应力即埋设位置所受的上覆岩层压力无法测得。同时，在受压状态平衡，会使得开挖试验中，压缩压力为负值，拉伸压力为正值。因为埋设后平衡，传感器处于压缩状态，此稳定状态被定义为零点，开挖使得周围煤岩体解压，弹性恢复（拉伸）。当然，这可以通过数据的后期处理，“拨负反正”，但会增加工作量。

传感器埋设后的管理，因为在晾干时间较长，标签纸、胶布长时间风干后易脱落，所以要注意标签编号的保护。建议在粘性标签纸贴上后，用胶布封上。同时，晾干期间注意检查，维护。

正式开始前，检测传感器的工作状态是否正常。方法：连接好设备，启动软件，进行平衡操作，在无任何动作状态下，观察其在零点附近的波动状态，越接近零点，可靠性越高。

试验开始后，以连续采样状态（每秒两次）进行采用，只需打开表格窗口，期间不要打开历史曲线与实时曲线。保持其自动采样状态，直至采样结束，点击停止采样，自动保存。注意事项：期间不要频繁调看历史曲线与实时曲线，最好不要调看历史曲线与实时曲线或用电脑执行其他任务。因为容易造成死机或采样意外终止，丢失数据。

3、开挖方法

如果可以的话，建议采用电钻沿着顶板开采。因为电钻的转动扰动利于顶板松动、垮落。其他，铁片，超大螺丝刀，锯条，锉刀等也可作为工具。铁片，螺丝刀开挖的边缘更为整齐，更加适用于开挖巷道等。

两侧槽钢的安装位置与松紧程度。

松紧程度：以可以轻微晃动为宜，两侧槽钢只是为了保护架子侧翻，并不是为了施加压力，安装过紧会增加前后侧面的夹滞力，使加载压力难以向下传递，阻碍试验目的的实现。

在不影响试验观测的前提下，模型最上部前后至少安装2根槽钢，上部越多越好。前面中下部，根据需要可以不安、少安、间隔安装。后面槽钢因无观测需要，可只留出开挖位置其余槽钢全部安装。