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一、煤矿沿空留巷相似材料模拟试验研究简介

煤矿沿空留巷作为无煤柱开采的关键技术，是指在工作面回采后，通过一定的支护手段将回采巷道保留下来，作为相邻工作面的回采巷道或通风、运输通道。相似材料模拟试验是研究沿空留巷围岩变形规律、支护结构受力特征及巷道稳定性的重要手段。

该技术通过选取与实际岩体物理力学性质相似的材料，按一定相似比构建沿空留巷物理模型，模拟采动过程中巷道围岩的应力分布、变形破坏特征以及支护结构的响应。其研究能为优化沿空留巷支护设计、确定合理的巷旁支护参数、掌握采动影响下巷道围岩稳定性演化规律提供理论依据和试验支撑，对提高煤炭资源回收率、降低巷道掘进成本、保障矿井安全生产具有重要意义。

二、煤矿沿空留巷相似材料模拟试验研究试验标准

2.1相似材料选取标准

l需依据相似理论，保证相似材料的密度、抗压强度、弹性模量、泊松比等物理力学参数与实际岩体在相似比尺度下相匹配。例如，常用河砂作为骨料，水泥、石膏等作为胶结剂，通过调整配比来模拟不同岩性的岩体，如砂岩、泥岩等。

l材料应具有良好的可重复性和稳定性，在试验过程中性能变化较小，能准确反映实际岩体的力学行为。

2.2模型构建标准

l模型的几何尺寸需按照相似比（通常为1:50-1:100）设计，涵盖工作面、沿空巷道、巷旁支护体及上覆岩层等关键部分，确保模型能真实反映沿空留巷的地质和开采条件。

l模型的边界条件设置要合理，模拟上覆岩层荷载可采用砝码加载或液压加载系统，保证荷载分布均匀且符合实际受力情况。

2.3试验过程控制标准

l模拟回采过程时，应按照实际开采进度逐步推进工作面，每次开挖步距需根据相似比和试验需求确定，一般为几厘米至十几厘米。

l试验过程中需对模型的开挖、支护等操作进行精准控制，减少试验误差，确保试验结果的可靠性。

三、煤矿沿空留巷相似材料模拟试验研究试验参数

3.1相似比参数

l几何相似比：根据试验场地和模型箱尺寸确定，常见为1:50、1:60、1:80 等，用于确定模型各部分的尺寸与实际工程的对应关系。

l容重相似比：通常与几何相似比相关联，通过调整相似材料的配比来实现，一般在1:1.2-1:2 之间。

l强度相似比：由几何相似比和容重相似比推导得出，需保证相似材料的强度与实际岩体强度在相似关系上一致。

3.2材料参数

l相似材料配比：如模拟砂岩时，河砂、水泥、石膏、水的比例可能为8:1:1:0.8；模拟泥岩时，比例可能调整为 7:0.5:1.5:1 等，具体配比需通过试验确定。

l材料的物理力学参数：包括密度（一般为1.6-2.5g/cm³）、抗压强度（0.5-5MPa）、弹性模量（100-1000MPa）、泊松比（0.2-0.35）等。

3.3监测参数

l应力参数：通过在模型中布置应力传感器，监测巷旁支护体、巷道周边岩体的应力大小及分布，如垂直应力、水平应力等，应力监测范围通常为0-10MPa。

l位移参数：采用百分表、位移传感器等测量巷道顶底板移近量、两帮移近量及围岩深部位移，位移测量精度一般为0.01mm。

l支护结构受力参数：监测锚杆、锚索的拉力（通常为0-50kN）及液压支架的工作阻力等。