三维物理模型试验装置

摘要

本发明涉及一种三维物理模型试验装置，它的外部为反力架，反力架的至少一个立方体框架面上有如下设置：相对设置的立柱和立柱之间设置至少两个相互平行的矩形大钢板，相邻的两个矩形大钢板之间设置有至少一排矩形小钢板；反力架其他的框架侧面均设置反力架面板；在反力架的内部设置岩体模型；在岩体模型和反力架之间设置垂直加载系统、水平左右加载系统和水平前后加载系统。利用该装置模拟试验时，可以直接人工挖掘或使用机器人模拟，实现模拟巷道的自动开挖及工作面回采。本发明能准确的揭示巷道开挖及工作面回采时围岩演化规律提供可靠的试验手段。

权利要求

1.一种三维物理模型试验装置，其特征在于：它的外部为反力架(A0)，所述反力架(A0)的立方体形框架由八个横向设置的水平梁(A1)和四个纵向设置的立柱(A2)组成；

所述反力架(A0)的至少一个立方体框架面(A11)上有如下设置：相对设置的立柱(A2.1)和立柱(A2.2)之间设置至少两个相互平行的水平面夹角为α矩形大钢板(A6)，相邻的两个矩形大钢板(A6)之间设置有至少一排矩形小钢板(A7)；

所述反力架(A0)其他的框架侧面均设置反力架面板(A10)；在反力架(A0)的内部设置岩体模型(A12)；在岩体模型(A12)的三个表面上分别安装有上承压板(A22)、左承压板(A19)和后承压板(A21)；

在岩体模型(A12)的上承压板(A22)和相应的顶端反力架面板(A10)之间设置若干个上侧震动千斤顶(A18)构成垂直加载系统(A15)；

在岩体模型(A12)的左承压板(A19)和相应的侧面反力架面板(A10)之间设置若干个左侧震动千斤顶(A16)构成水平左右加载系统(A13)；

在岩体模型(A12)的后承压板(A21)和相应的后面反力架面板(A10)之间设置若干个后侧震动千斤顶(A17)构成水平前后加载系统(A14)。

2.根据权利要求1所述的三维物理模型试验装置，其特征在于：每个所述的矩形大钢板(A6)的两端至少设置有一组矩形螺栓孔(A6.1)和弧形螺栓孔(A6.2)；沿矩形大钢板(A6)的两长边均设置有多个矩形小钢板连接螺栓孔(A6.3)；

矩形大钢板(A6)同一端的一组矩形螺栓孔(A6.1)和弧形螺栓孔(A6.2)为上下设置，其中矩形螺栓孔(A6.1)呈矩形挖孔，其长边和矩形大钢板(A6)平行，弧形螺栓孔(A6.2)呈60°～120°的扇环形挖孔，其中心轴和矩形螺栓孔(A6.1)重合，且该弧形螺栓孔(A6.2)的圆心靠近矩形螺栓孔(A6.1)一侧。

3.根据权利要求2所述的三维物理模型试验装置，其特征在于：每个所述的矩形小钢板(A7)的一侧面设有手柄(A7.1)，每个矩形小钢板(A7)的四角上均设置有矩形小钢板连接螺栓孔(A7.2)；矩形大钢板(A6)的矩形大钢板连接螺栓孔(A6.3)和矩形小钢板(A7)上的矩形小钢板连接螺栓孔(A7.2)的尺寸相同，且排列位置相应。

4.根据权利要求3所述的三维物理模型试验装置，其特征在于：所述的立方体框架面(A11)上有如下设置：相对设置的立柱(A2.1)和立柱(A2.2)的内侧均设置有螺栓安装凹槽(A3)；在立方体框架面(A11)的立柱(A2.1)和立柱(A2.2)之间利用长螺栓(A9)设置若干矩形大钢板(A6)；将长螺杆(A9)的螺栓头安装在螺栓安装凹槽(A3)内；该长螺栓(A9)的螺杆部分伸出在螺栓安装凹槽(A3)之外；水平夹角α倾斜的矩形大钢板(A6)两端的矩形螺栓孔(A6.1)、弧形螺栓孔(A6.2)套装在这些长螺栓(A9)的螺杆上；安装螺帽将矩形大钢板(A6)设置在立柱(A2.1)和立柱(A2.2)之间的预定位置上；

至少在相邻的两块矩形大钢板(A6)之间设置至少一排相邻紧密排列的矩形小钢板(A7)；将每个矩形小钢板连接螺栓孔(A7.2)和矩形大钢板连接螺栓孔(A6.3)对齐后，利用连接螺栓(A8)从外侧将每块矩形小钢板(A7)紧密相邻排列的安装在矩形大钢板(A6)之间；

每块矩形小钢板(A7)的手柄(A7.1)均位于外侧。

5.根据权利要求4所述的三维物理模型试验装置，其特征在于：矩形大钢板(A6)的长宽比大于5；矩形小钢板(A7)的长宽比在0.8～1.2之间，且矩形小钢板(A7)的短边和矩形大钢板(A6)的短边的比例在0.5～2之间。

6.根据权利要求1～5中任一项所述的三维物理模型试验装置，其特征在于：所述的反力架(A0)的立柱(A2)和水平梁(A1)之间以突出的凸条(A5)和凹陷的卡口(A4)榫卯式连接而成。

说明书

三维物理模型试验装置

技术领域

[0001] 本发明属于岩体力学的三维物理模型试验装置技术领域，具体涉及一种三维物理模型试验装置。

背景技术

[0002] 随着社会经济的发展及国民经济的需求，地下矿山及隧道建设向深部转移，岩石力学的研究重点日益转向地下，在采矿工程和水电工程领域，地下巷道的长度、跨度及埋深也越来越大，因此在复杂地质条件下巷道开挖造成的围岩应力调整过程及稳定性问题变得尤为重要，而现场围岩监测需要较多的人力、物力和财力，付出的工作量大、周期长，而围岩的变化和应力分布情况不能直接观测到，在监测时又经常受到现场条件的限制，难以取得较好的成果。

[0003] 物理模型试验是研究深埋巷道及矿山压力的重要研究手段之一，以相似理论为基础的模型试验在配制与工程岩体性质相似的物理材料基础上，对试件进行加载、开挖和支护等，研究地下洞室的受力、变形和稳定性问题。物理模型试验可以模拟巷道开挖、工作面回采等对围岩应力调整过程、位移分布特征及位移最大值发生部位等。

[0004] 物理模型试验中圆形巷道使用钻机开挖较容易实现，对于矩形巷道、直墙拱型巷道一般是采用手动开挖的方法或者预埋与隧洞形状一样的柱体。手动开挖费时费力且成巷效果不好，预埋柱体的方法分为加载前取出柱体一次成巷和加载过程中顶出柱体分段成巷，前者与现场实际开挖过程差距太大，后者在高应力和多条巷道交错时较难实现。在采煤工作面回采三维模拟中，基本采用人工和简易机械开挖，与实际开挖过程不符，无法实现采煤机割煤回采及一定倾角的倾斜回采。

发明内容

[0005] 针对上述存在问题，本发明设计了一种三维物理模型试验装置，它的外部为反力架，所述反力架的立方体形框架由八个横向设置的水平梁和四个纵向设置的立柱组成；

[0006] 所述反力架的至少一个立方体框架面上有如下设置：相对设置的立柱和立柱之间设置至少两个相互平行的水平面夹角为α矩形大钢板，相邻的两个矩形大钢板之间设置有至少一排矩形小钢板；

[0007] 所述反力架其他的框架侧面均设置反力架面板；在反力架的内部设置岩体模型；在岩体模型的三个表面上分别安装有上承压板、左承压板和后承压板；

[0008] 在岩体模型的上承压板和相应的顶端反力架面板之间设置若干个上侧震动千斤顶构成垂直加载系统；

[0009] 在岩体模型的左承压板和相应的侧面反力架面板之间设置若干个左侧震动千斤顶构成水平左右加载系统；

[0010] 在岩体模型的后承压板和相应的后面反力架面板之间设置若干个后侧震动千斤顶构成水平前后加载系统。

[0011] 上述技术方案中，所述的每个矩形大钢板的两端至少设置有一组矩形螺栓孔和弧形螺栓孔；沿矩形大钢板的两长边均设置有多个矩形小钢板连接螺栓孔；

[0012] 矩形大钢板同一端的一组矩形螺栓孔和弧形螺栓孔为上下设置，其中矩形螺栓孔呈矩形挖孔，其长边和矩形大钢板平行，弧形螺栓孔呈60°～120°的扇环形挖孔，其中心轴和矩形螺栓孔重合，且该弧形螺栓孔的圆心靠近矩形螺栓孔一侧。

[0013] 上述技术方案中，所述的每个矩形小钢板的一侧面设有手柄，每个矩形小钢板的四角上均设置有矩形小钢板连接螺栓孔；矩形大钢板的矩形大钢板连接螺栓孔和矩形小钢板上的矩形小钢板连接螺栓孔的尺寸相同，且排列位置相应。

[0014] 上述技术方案中，所述的的立方体框架面上有如下设置：相对设置的立柱和立柱的内侧均设置有螺栓安装凹槽；在立方体框架面的立柱和立柱之间利用长螺栓设置若干矩形大钢板；将长螺杆的螺栓头安装在螺栓安装凹槽内；该长螺栓的螺杆部分伸出在螺栓安装凹槽之外；矩形大钢板两端的矩形螺栓孔、弧形螺栓孔套装在这些长螺栓的螺杆上；安装螺帽后即可将矩形大钢板设置在立柱和立柱之间的预定位置上；

[0015] 至少在相邻的两块矩形大钢板之间设置至少一排相邻紧密排列的矩形小钢板；将每个矩形小钢板连接螺栓孔和矩形大钢板连接螺栓孔对齐后，利用连接螺栓从外侧将每块矩形小钢板紧密相邻排列的安装在矩形大钢板之间；每块矩形小钢板的手柄均位于外侧；

[0016] 具体的，将每一块矩形大钢板以和水平夹角α倾斜设置在立柱和立柱之间，其两端的一组矩形螺栓孔和弧形螺栓孔分别插入安装在螺栓安装凹槽内的长螺栓的螺杆部分，然后安装螺帽固定。

[0017] 上述技术方案中，矩形大钢板的长宽比大于5；矩形小钢板的长宽比在0.8～1.2之间，且矩形小钢板的短边和矩形大钢板的短边的比例在0.5～2之间。

[0018] 上述技术方案中，所述的反力架的立柱和水平梁之间以突出的凸条和凹陷的卡口榫卯式连接而成。

[0019] 由上述提供的技术方案可以看出，本发明设计的上述三维物理模型试验装置，具有以下优点：

[0020] 1、全方位三维模拟岩体受力以及震动等情形，模拟还原实际岩体的预应力受力情况。

[0021] 2、实际生产中，巷道及煤层开挖受到地形、岩体等多方限制，往往呈现各种倾斜和迂回，利用矩形大钢板设计模拟保留岩体，一个或多个矩形小钢板模拟巷道或开挖面，能够保证巷道和开挖面的倾斜角度合适，模拟效果真实。

[0022] 3、巷道和开挖面由机器人开挖处理，能够真实的模拟盾构设备的掘进过程，以及采矿时的各种开挖操作，相比现有的预埋法的模拟效果更接近实际情况。

[0023] 4、在上述掘进模拟过程中，还可以利用各个加载系统及各个千斤顶给岩体模型施加外力，同步模拟实际岩体受到的内部应力；可以适应更多更复杂的模拟情况。

[0024] 5、将矩形大钢板之间的矩形小钢板拆除，露出的岩体模型就是模拟岩体。通过拆除不同位置的矩形小钢板，留下一部分岩体模型不开挖，就是模拟开挖中保留的岩体部分。通过不同尺寸的矩形大、小钢板之间相互配合，可以实现不同尺寸的巷道、工作面以及保留岩体之间的模拟。

[0025] 本发明设计的三维物理模型试验装置，配合机器人后的自动化开采模拟能够模拟各种岩体内开挖巷道、工作面、掘进面等情形，外部可调控岩体模型的受力情况，同时还配合指定位置锚杆及围岩喷浆等操作；整体结构坚固，操作简单，保证岩体挖掘的模拟试验结果准确可靠，可广泛应用于各种隧洞、围岩、巷道、掘进面等岩体开挖的模拟生产情形，配合相应的岩体的试验和研究。

附图说明

[0026] 图1为一种三维物理模型试验装置的结构示意图。

[0027] 图2是图1中外力架的结构示意图。

[0028] 图3是图2中外力架的俯视结构示意图。

[0029] 图4是图1中连接螺栓将矩形大钢板安装在立柱上的局部结构示意图。

[0030] 图5是图1中立方体框架面的布置结构示意图。

[0031] 图6是图5中矩形大钢板和矩形小钢板连接结构示意图。

[0032] 图7是矩形大钢板的结构示意图。

[0033] 图8为矩形小钢板的结构左视图。

[0034] 图9为矩形小钢板的结构正视图。

[0035] 图10是岩体模型及加载系统的结构示意图。

[0036] 图11是岩体模型及加载系统的结构示意图。

[0037] 图中：反力架A0、水平梁A1、立柱A2(其中：立柱A2.1、立柱A2.2)、螺栓安装凹槽A3、卡口A4、凸条A5、矩形大钢板A6(其中：矩形螺栓孔A6.1、弧形螺栓孔A6.2、矩形大钢板连接螺栓孔A6.3)、矩形小钢板A7(其中：手柄A7.1、矩形小钢板连接螺栓孔A7.2)、连接螺栓A8、长螺栓A9、反力架面板A10、立方体框架面A11、岩体模型A12、水平左右加载系统A13、水平前后加载系统A14、垂直加载系统A15、左侧震动千斤顶A16、后侧震动千斤顶A17、上侧震动千斤顶A18、左承压板A19、后承压板A21、上承压板A22。

具体实施方式

[0038] 下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述，以便于人们对本发明的理解。

[0039] 如图1～11所示，本发明设计了一种三维物理模型试验装置，它的外部为反力架A0，所述反力架A0的立方体形框架由八个横向设置的水平梁A1和四个纵向设置的立柱A2组成，所述反力架A0的至少一个立方体框架面A11上有如下设置：

[0040] 相对设置的立柱A2.1和立柱A2.2之间设置至少两个相互平行的水平面夹角为α的矩形大钢板A6，相邻的两个矩形大钢板A6之间设置有至少一排矩形小钢板A7。

[0041] 所述反力架A0其他的框架侧面均设置反力架面板A10。在反力架A0的内部设置岩体模型A12。在岩体模型A12的三个表面上分别安装有上承压板A22、左承压板A19和后承压板A21。

[0042] 在岩体模型A12的上承压板A22和相应的顶端反力架面板A10之间设置若干个上侧震动千斤顶A18构成垂直加载系统A15。

[0043] 在岩体模型A12的左承压板A19和相应的侧面反力架面板A10之间设置若干个左侧震动千斤顶A16构成水平左右加载系统A13。

[0044] 在岩体模型A12的后承压板A21和相应的后面反力架面板A10之间设置若干个后侧震动千斤顶A17构成水平前后加载系统A14。

[0045] 依此，通过垂直加载系统A15、水平前后加载系统A14和水平左右加载系统A13可以有效的对岩体模型A12施加外力，实现三维方向施力的独立加载，从而有效的模拟岩体的外部施力及内部应力。

[0046] 上述的各个千斤顶及加载系统能够一方面在架构试验装置初期，直接向岩体模型A12施加模拟应力，模拟岩体受力；另一方面同时还可以在模拟施工过程中的，控制千斤顶操作来施加震动，以模拟崩落采矿法或岩体震动。能够较为全面的模拟各种开挖、掘进的实际生产情形。

[0047] 具体的，该反力架A0的立柱A2和水平梁A1之间以突出的凸条A5和凹陷的卡口A4榫卯式连接而成。

[0048] 具体的，每个矩形大钢板A6的两端至少设置有一组矩形螺栓孔A6.1和弧形螺栓孔A6.2；沿矩形大钢板A6的两长边均设置有多个矩形小钢板连接螺栓孔A6.3。

[0049] 具体的，矩形大钢板A6同一端的一组矩形螺栓孔A6.1和弧形螺栓孔A6.2为上下设置，其中矩形螺栓孔A6.1呈矩形挖孔，其长边和矩形大钢板A6平行，弧形螺栓孔A6.2呈60°～120°的扇环形挖孔，其中心轴和矩形螺栓孔A6.1重合，且该弧形螺栓孔A6.2的圆心靠近矩形螺栓孔A6.1一侧。

[0050] 具体的，每个矩形小钢板A7的一侧面设有手柄A7.1，每个矩形小钢板A7的四角上均设置有矩形小钢板连接螺栓孔A7.2。矩形大钢板A6的矩形大钢板连接螺栓孔A6.3和矩形小钢板A7上的矩形小钢板连接螺栓孔A7.2的尺寸相同，且排列位置相应。

[0051] 本实施例中，矩形大钢板A6的长宽比大于5。矩形小钢板A7的长宽比在0.8～1.2之间，且矩形小钢板A7的短边和矩形大钢板A6的短边的比例在0.5～2之间。弧形螺栓孔A6.2为90°的扇环形挖孔。

[0052] 具体的，如图5所示的立方体框架面A11的内部视角，该立方体框架面A11上有如下设置：相对设置的立柱A2.1和立柱A2.2的内侧均设置有螺栓安装凹槽A3。在立方体框架面A11的立柱A2.1和立柱A2.2之间利用长螺栓A9设置若干矩形大钢板A6。将长螺杆A9的螺栓头安装在螺栓安装凹槽A3内；该长螺栓A9的螺杆部分伸出在螺栓安装凹槽A3之外；矩形大钢板A6两端的矩形螺栓孔A6.1、弧形螺栓孔A6.2套装在这些长螺栓A9的螺杆上；安装螺帽后即可将矩形大钢板A6设置在立柱A2.1和立柱A2.2之间的预定位置上。

[0053] 至少在相邻的两块矩形大钢板A6之间设置至少一排相邻紧密排列的矩形小钢板A7。将每个矩形小钢板连接螺栓孔A7.2和矩形大钢板连接螺栓孔A6.3对齐后，利用连接螺栓A8从外侧将每块矩形小钢板A7紧密相邻排列的安装在矩形大钢板A6之间。每块矩形小钢板A7的手柄A7.1均位于外侧。

[0054] 具体的，将每一块矩形大钢板A6以和水平夹角α倾斜设置在立柱A2.1和立柱A2.2之间，其两端的一组矩形螺栓孔A6.1和弧形螺栓孔A6.2分别插入安装在螺栓安装凹槽A3内的长螺栓A9的螺杆部分，然后安装螺帽固定。

[0055] 为了保证每个矩形大钢板A6均设置在两个立柱A2.1和立柱A2.2之间，可以设计一系列的不同长度的矩形大钢板A6。或者在足够长的矩形大钢板A6上设置多组矩形螺栓孔A6.1和弧形螺栓孔A6.2，安装时利用不同位置上的一组矩形螺栓孔A6.1和弧形螺栓孔A6.2，以适应不同α的倾斜。

[0056] 每一块矩形大钢板A6以和水平的夹角α＝0～45°；即可以实现不同倾角下的巷道、煤层等挖掘、开采模拟。

[0057] 依上述方式设置的整个立方体框架面A11仅由矩形大、小钢板A6、A7组成。其中，矩形小钢板A7为模拟挖掘巷道(面)，矩形大钢板A6模拟不开挖的岩体面。将某块矩形小钢板A7上的连接螺栓A8全部拆除后，可以握住手柄A7.1将该矩形小钢板A7取下；然后在暴露的岩体模型A12上模拟挖掘。在一个矩形小钢板A7掘进至一定程度后，再将另一块矩形小钢板A7拆下并模拟挖掘，即可模拟岩体上挖掘不同的巷道时的受力情况。或者将相邻的若干个矩形小钢板A7全部拆除，此时，两个矩形大钢板A6之间的空隙即可模拟和水平面夹角为α的开挖面，模拟煤层挖掘。

[0058] 该反力架A0的使用时，仅仅设置一个如上的立方体框架面A11，即可有效的模拟岩体加载；也可以在相邻的两个面上都设置立方体框架面A11，更大范围的模拟贯穿式的掘进等情况。

[0059] 为了模拟巷道开挖情况，本发明可以直接采用人工方式开挖，或者配套开挖用机器人模拟盾构机的挖掘。

[0060] 实施例1：巷道掘进模拟

[0061] 利用上述三维物理模型试验装置模拟巷道掘进的方法，包括以下步骤：

[0062] 步骤1：架构反力架A0，建立模型装置：

[0063] 架构反力架A0，在立方体框架面A11上设置水平面夹角α的多个相互平行的矩形大钢板A6，并在两块矩形大钢板A6之间设置多块并排的矩形小钢板A7。

[0064] 在反力架A0内设置岩体模型A12，并安装垂直加载系统A15、水平前后加载系统A14、水平左右加载系统A13。

[0065] 设定垂直加载系统A15、水平前后加载系统A14、水平左右加载系统A13对岩体模型A12加载压力。

[0066] 矩形大钢板A6和水平面夹角α即为待模拟的巷道和水平的夹角。当水平面夹角α＝0°时，为水平开采模拟。

[0067] 步骤2：在模拟的巷道掘进位置处拆除一块或多块矩形小钢板A7；形成和水平面夹角为α的巷道掘进面。

[0068] 步骤3：在拆除矩形小钢板A7的位置放入挖掘机器人，或者人工模拟挖掘岩体模型A12至目标位置。

[0069] 使用挖掘机器人模拟时，先固定机器人，然后启动该机器人旋转切削压入岩体模型A12，挖掘的“渣土”(岩体模型A12碎屑)从后方排出。当掘进一个步距后，操控机器人前进，此时完成一个步距的开挖模拟，同时还可以配套模拟支护及其他操作。

[0070] 使用人工模拟挖掘岩体模型A12时，可以使用工具直接挖掘至目标位置[0071] 步骤4：重复步骤2和3，直到完成第一个巷道的模拟开挖。

[0072] 具体的，当两块矩形大钢板A6之间拆除一块矩形小钢板A7后，能够构成一个模拟的巷道掘进位置，直接采用机器人或人工开挖岩体模型A12，形成的孔洞即为模拟的巷道。有些模拟试验中，多块相邻的矩形小钢板A7全部开挖后形成的一个较大的倾斜的工作面才能模拟一个巷道。此时，通常是先将一块矩形小钢板A7挖掘至目标位置后，再拆除其相邻的矩形小钢板A7，并将其挖掘至目标位置；依此直至将相邻的多个矩形小钢板A7均挖掘至目标位置，形成模拟巷道或工作面。

[0073] 为了贴近实际的生产及科研情形，通过在不同水平(不同的两块矩形大钢板A6之间)、不同位置(相同的两块矩形大钢板A6之间、不相邻)上拆除若干个矩形小钢板A7，实现巷道不同布置位置的模拟；包括相同水平和不同水平巷道纵横交错布置。通过机器人或者人工掘进，可以实现不同断面的巷道的开挖。

[0074] 通常是在设计模拟时，预先将待模拟掘进面相应的位置上设置多块并排的矩形小钢板A7，多个不同层面的待模拟掘进面则设置多个不同层面并排的矩形小钢板A7，保留岩体不开挖的位置设置大矩形钢板A6，依此设计立方体框架面A11；从而实现模拟不同水平上巷道交错布置。

[0075] 实施例2：煤层水平、倾斜开采模拟

[0076] 利用上述三维物理模型试验装置模拟煤层水平开采的方法，包括以下步骤：

[0077] 步骤1～3：与实施例1中模拟巷道掘进一致。直到完成第一个巷道的开挖。

[0078] 步骤4：在已拆除的第一个矩形小钢板A7的相邻位置拆除下一块矩形小钢板A7。

[0079] 步骤5：重复步骤2～4，完成工作面推进模拟。

[0080] 本实施例中，依次拆除相邻的矩形小钢板A7，依此可以对立方体框架面A11上的两个矩形大钢板A6之间的一个模拟工作面进行全部回采模拟。

[0081] 如果有需要，可以对另外两个矩形大钢板A6之间的另一排矩形小钢板A7重复上述步骤，即可实现煤层的不同水平的工作面同回采模拟试验。

[0082] 上述模拟试验中，水平面夹角α＝0°时，为煤层的水平开采模拟。水平面夹角α≠0°时，为煤层的倾斜开采模拟。

[0083] 实施例3：金属矿崩落法开采模拟

[0084] 步骤1～4：与实施例1中模拟巷道掘进一致；直到完成第一个巷道的开挖。然后采取下列步骤来模拟金属矿崩落法开采生产：

[0085] 步骤5：操控垂直加载系统A15、水平前后加载系统A14、水平左右加载系统A13，控制并制造震动，模拟一个工作面的一次现场爆破。

[0086] 操控各个加载系统的各个千斤顶之间相互配合，模拟出一次现场爆破，即为实际生产中的“落矿”。

[0087] 步骤6：直接将震动形成的岩体模型A12碎块排出。

[0088] 震动形成的岩体模型A12碎块即为模拟实际生产中的崩落下来的“矿石”；将“矿石”排出后完成本次模拟，也可进行下一步模拟。

[0089] 如果不仅仅是模拟一个工作面的一次现场爆破，而是需要对整个区段的开采进行模拟，在步骤6之后还应采取下述步骤：

[0090] 步骤7：拆除下一块矩形小钢板A7；

[0091] 步骤8：操控垂直加载系统A15、水平前后加载系统A14、水平左右加载系统A13，控制并制造震动，再次模拟一个工作面的一次现场爆破；

[0092] 步骤9：重复步骤7、8，直至完成本区段开采模拟。

[0093] 根据模拟的情况需要，步骤7中可以在已拆除的第一个矩形小钢板A7的相邻位置拆除下一块矩形小钢板A7；也可以在同一排位置上选取一块矩形小钢板A7。

[0094] 如果有需要针对整个金属矿开采模拟，在步骤9后还应采取下述步骤：

[0095] 步骤10：对另一排矩形小钢板A7重复上述步骤5～9，可以实现不同水平的金属矿崩落法开采模拟。

[0096] 上述模拟试验中，水平面夹角α＝0°时，为金属矿崩落法水平开采模拟。水平面夹角α≠0°时，为金属矿崩落法的倾斜开采模拟。

[0097] 本实施例中，类似的，首先架构反力架A0，然后利用机器人或人工模拟挖掘一个工作面，随后再启动水平左右加载系统A13、水平前后加载系统A14及垂直加载系统A15等设备(具体的可以操控、配合各个上侧震动千斤顶A18、各个左侧震动千斤顶A16和各个后侧震动千斤顶A17)，控制并制造震动，每次模拟一个工作面的一次现场爆破，多次重复模拟，完全实现模拟金属矿崩落法开采采矿。

[0098] 实施例4：房柱法开采模拟

[0099] 步骤1与实施例1中模拟巷道掘进一致；直到完成第一个巷道的开挖。然后采取下列步骤来模拟金属矿崩落法开采生产：

[0100] 步骤5：在已拆除的矩形小钢板A7同一排、间隔一个或多个矩形小钢板A7拆除下一块矩形小钢板A7；在拆除矩形小钢板A7的位置放入挖掘机器人，或者人工模拟挖掘岩体模型A12至目标位置。

[0101] 步骤6：同一排矩形小钢板A7的上的挖掘完成后，再在另外两个矩形大钢板A6之间的一排矩形小钢板A7上重复步骤2～5，形成纵横交错的巷道，实现房柱法开采的模拟。

[0102] 本实施例中，将矩形大钢板A6之间的矩形小钢板A7拆除，露出的岩体模型A12就是模拟岩体。通过拆除不同位置的矩形小钢板A7，留下一部分岩体模型A12不开挖，就是模拟开挖中保留的岩体部分。这样实现煤矿中沿空掘巷留小煤柱开采。该发明还可以模拟沿空掘巷留设不同尺寸小煤柱巷道掘进等。