1 相似材料模拟简介
相似材料模拟是一种建立在相似理论基础上，用扩大或缩小的模型，去研究对应原型的力学运动以及其它相关特性的一种实验方法。该方法在矿山、地质、水利以及建筑等领域应用广泛。在采矿领域，该方法已经广泛应用于诸如测定矿山来压，岩层破坏运移，地下水渗透以及无流动水的边坡稳定等问题的研究。相似材料模拟实验一般分如下几个步骤：
1）选定几何相似常数。根据要研究的采场埋深和采动影响范围以及现有架型综合确定。常用的几何相似常数为100和200，根据采动影响范围，一般只模拟部分区域，地压欠缺部分由特制铁块上覆来补偿，也可采用专门的加压装置，如油缸等。
2）选定容重相似常数，一般根据常用的模拟材料来选定。
3）算出时间、位移、弹模、粘结力和强度等的相似常数，这些常数均可根据相似理论由几何相似常数和容重相似常数推导出来。
4）模拟材料的配制。常用的原材料分两大类：？骨料：主要有砂、粘土和铁粉等
粘结材料：主要有石膏、水泥、石灰和石蜡等。？最常用的是河砂、石膏和大白粉的组合。
根据容重、弹模、粘结力和强度等相似常数，据原型的性质，确定出模拟材料的配比。
5）装模型，在试验台槽钢的保护下，按几何相似条件，逐层装上不同配比的模拟材料。装的时候，一般虚铺1～2厘米左右即用特制工具压实，压的时候注意用力均匀。各种不同的地质条件均须采用特定方法进行处理。如节理面和夹泥层可用各种纸质互层处理，煤层可用粉碎的煤渣来模拟。
6）模型在室温情况下自然干燥一段时间后，即可拆除用来起保护作用的槽钢，若是模拟倾斜岩层的实验，可将试验台小心缓慢调整模型的倾角与煤层倾角一致，用测角器量测。所有过程必须非常小心，否则会发生塌架而导致重装，浪费材料、人力和时间。
7）装上测定各种参数的装置或标志物。比如测定地面下沉量常用的百分表，测定相对位移的贴片电阻，测定各点绝对位移用的小方格纸大头针。可用全站仪测定表面位移。
8）在模型上进行开采实验，选用对应的液压支架模型进行开采模拟支护，同时起测量支撑力的作用。模型实验的时候要求严格遵循几何相似常数和时间相似常数，动作要小心仔细。
2分组上行开采相似材料模拟研究
2.1上分组覆岩两带运动与破坏特征模拟研究
相似模拟设计遵循容重相似，弹模相似、强度相似和应力相似等基本相似条件，结合研究内容确定相似比如下：
1）比重相似比：设原形第层岩层的比重为，模型中该岩层的比重为，则比重的相似比为：
2）强度相似
设原型中各岩层的单轴抗压强度为，模型中相应岩层的单轴抗压强度为设原型中岩层内的应力，表示为，取强度相似系数：
2.2上分组覆岩两带运动与破坏特征模拟研究
通过建立相似材料模拟实验，并对1层煤开采辅运破坏规律进行了相似模拟研究，可得出上分层相似材料模拟模型，具体见图1，相似模拟实验结果如图2所示。
上组煤的相似材料模拟实验中，煤层顶板的上覆岩层将沿着煤壁进行破断，产生了拉剪或剪破坏，断裂线与顶板岩层呈72°交叉。并且随着工作面的不断推进，上覆岩层的破坏范围呈现“拱”的形式向上扩展，并在充分采动后覆岩破坏高度趋于稳定。覆岩破断垮落带的高度为28m，采裂比12.5。岩石型结构破坏规律为自下而上沿顶端的裂迹线想采空方向扩展。
当工作面推进至102m时，离层扩展到J8层，即1层煤层底板下2.74m处，此时岩层裂隙已发育到最大高度，距离左侧煤壁约为102～118m。以后各岩层裂隙继续前移扩展，但再未超过该极限。1层煤底板2.74m范围岩层为稳定平衡层。
3 结论
（1）通过相似材料模拟，实测的出数据均表明两个分组的所采煤层开采后对上部煤层影响在安全范围内，上行开采是可行的；
（2）随工作面推进覆岩破坏范围总的趋势是按“拱”的方式向上向前扩展，在充分采动后高度基本稳定，1上煤层开采后裂隙带高度28m，3煤全采后裂隙带高度42m。
（3）3煤开采后，1煤未收到塑性破坏，处于弯曲下沉带，未出现塑性破坏，1煤、3煤上行开采可。
