内置等强缩尺3D打印支护系统的矿山相似物理模拟试验研究

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作   者：

冯晓巍;  汪明坤;  薛飞;  赵同阳;  宋万新;  魏群;  朱毅超; 

作者机构：

中国矿业大学矿业工程学院;  中国矿业大学(徐州);  江苏理工学院机械工程学院;  山东科技大学能源与矿业工程学院;  绍兴文理学院土木工程学院; 

关键词：

相似物理试验;  支护系统;  3D打印;  失效特征;  数字散斑; 

期刊名称：

中国矿业大学学报

i s s n：

1000-1964

年卷期：

2022 年 51 卷 002 期

页   码：

232-243,256

摘   要：

相似模拟试验方法是矿山工程研究中一种重要的研究手段,它在解析岩层移动、矿山压力、多场耦合等方面具有明显优势.为进一步优化这种试验方法,本文利用3D打印技术制作缩尺支护构件并将其植入相似物理模型,整套模拟系统按照30:1的比例以工程模型为原型进行缩尺,其中煤岩层和支护系统均遵照等强原则进行还原.缩尺煤岩层采用混凝土材料制备,缩尺支护系统采用不锈钢粉末3D打印制作成型;同时,本文设计加工了能够将相似物理模型适用于MTS伺服压力试验机的高强加载框架.测试中,通过声发射、数字散斑以及全程录像分析模型的微观破坏机理、位移场变化过程以及模型失效特征.测试结果表明:巷道周边关键测点位移变化、巷道和支护系统变形失效特征以及整体岩层变形破坏分区与真实情形高度吻合,符合矿山压力作用下的岩层变形规律.此外,声发射特征表明模型在多次受载过程中表现出凯瑟效应.本研究认为采用内置等强缩尺的3D打印支护系统具有极好的适应性,可提高测试精度,对于提升相似物理模拟研究水平具有参考价值和现实意义.