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
冯晓巍1
汪明坤1
薛飞2
赵同阳3
宋万新4
魏群5
朱毅超2
1.中国矿业大学矿业工程学院,江苏徐州 2211162.绍兴文理学院土木工程学院,浙江绍兴 3120003.山东科技大学能源与矿业工程学院,山东青岛 2665904.中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室,江苏徐州 2211165.江苏理工学院机械工程学院,江苏常州213001
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.
关键词：相似物理试验3D打印支护系统失效特征数字散斑
分类号：TD353(矿山压力与支护)
资助基金：国家自然科学基金(51804296)中国博士后科学基金特别资助项目(2019T120480)浙江省自然科学基金(LQ20E080006)
论文发表日期：2022-03-30
在线出版日期：2025-08-15（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：13( 232-243,256 )
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