煤矿开采沉陷覆岩移动变形破坏相似模拟试验系统主要解决的是无法直接观测和量化地下覆岩在开采过程中动态移动变形规律的痛点。

一、主要功能介绍

      该系统通过构建与实际地质条件相似的物理模型，结合监测设备，实现对覆岩动态演化过

程的精准模拟与分析。

1. 相似模型构建与开采模拟

• 依据相似原理，选用特定配比的相似材料（如河砂、石膏、水泥等），按比例还原实际地层的岩性、厚度、层理及地质构造。

• 内置模拟开采装置，可按照预设的开采顺序、开采速度和开采范围，在模型中逐步 “挖去” 模拟煤层，还原真实开采扰动过程。

2. 多参数动态监测

      系统配备多种高精度监测仪器，实时捕捉覆岩移动变形的关键数据，主要包括：

• 位移监测：通过位移计、全站仪等，监测岩层不同位置的下沉、水平移动及倾斜变形量。

• 应力监测：通过埋入式应力传感器，监测开采过程中岩层内部应力的重新分布、集中与释放规律。

• 破坏形态观测：通过透明观测面、钻孔摄像或 CT 扫描等方式，直观观察岩层裂隙的萌生、扩展、贯通过程，确定垮落带、裂隙带的高度和范围。

3. 数据采集与分析

• 自动采集并存储所有监测数据，生成时间 - 位移、时间 - 应力等动态曲线。

• 结合专业分析软件，对数据进行处理，反演覆岩移动变形的力学机制，量化不同开采条件下的覆岩破坏特征。

二、重要意义

      该系统是连接理论研究与现场工程实践的关键桥梁，对煤矿安全高效开采具有不可替代的

作用。

1. 揭示覆岩移动破坏机理

• 从宏观到微观层面，直观展现开采扰动下覆岩 “垮落 - 裂隙 - 弯曲” 三带的形成过程，明确不同地质条件下覆岩移动的主控因素和演化规律。

• 验证和完善覆岩移动相关理论（如 “传递岩梁理论”“关键层理论”），为煤矿开采沉陷学的发展提供实验支撑。

2. 指导现场开采方案优化

• 可模拟不同开采方法（如走向长壁开采、充填开采）、不同开采参数（如采高、采宽、推进速度）对覆岩移动的影响。

• 通过对比不同方案的模拟结果，筛选出对地表沉陷、岩层破坏影响最小的开采方案，实现 “绿色开采”。

3. 防控开采相关灾害

• 预测采空区上方地表沉陷范围与程度，为地表建（构）筑物保护、村庄搬迁规划提供依据。

• 分析覆岩裂隙的发育规律，判断裂隙是否导通含水层，为预防矿井突水灾害提供关键参数。

• 研究覆岩移动对煤层顶板稳定性的影响，指导顶板灾害（如垮塌、冲击地压）的防控措施制定。

4. 降低现场试验成本与风险

• 现场进行开采方案试验成本极高，且存在安全风险。相似模拟试验可在实验室中低成本、可重复地开展多组试验，大幅降低现场试错成本和安全隐患。