本实用新型公开一种三维相似模拟实验装置，其包括模型架和采煤模拟单元，所述模型架内部具有空腔，采煤模拟单元设于空腔的底部，所述模型架的空腔内填充有模拟岩层，模拟岩层的底部支撑于采煤模拟单元的顶部；其还包括加载机构，该加载机构作用于模拟岩层并给模拟岩层施加荷载；所述采煤模拟单元包括多个呈矩阵排布的单元块，各单元块的底部分别连接有升降器，各升降器分别带动对应的单元块下降以模拟采煤过程。本实用新型是在常规平面相似模拟装置在三维方向上的拓展，可以再现地层的层位关系，通过施加垂直应力，较为真实的反应了采场的实际状态，通过对煤层的开挖，可以研究采空区上方岩层的移动规律及应力变化状态。