Прочностные и деформационные характеристики высокоточных физических моделей «сотовых» горных конструкций, созданных по технологии FDM печати

Изменение напряженно-деформированного состояния конструктивных элементов модели «сотовой» горной конструкции связано с прочностными и упругими характеристиками эквивалентного материала, а также с точностью создания ее проектируемых элементов. Применение новых аддитивных технологий для создания высокоточных физических моделей с использованием 3D принтера и прочного пластика в качестве эквивалентного материала смогло обеспечить чистоту эксперимента и исключить ошибки в подборе прочностных характеристик материала. Результаты физического моделирования с применением современных технологий позволили определить оптимальные устойчивые параметры разрабатываемых горных конструкций и последующие шаги моделирования, уменьшить время проведения трудозатратных экспериментов. Полученный опыт проведения эксперимента с применением современных методов моделирования и 3D печати позволяет создавать высокоточные физические модели разрабатываемых «каркасных» и «сотовых» горных конструкций, при необходимости калибровать раннее полученные результаты физического моделирования из эквивалентных материалов. Экспериментальные исследования показали перспективность применения компьютерного 3D-моделирования и FDM печати на 3D-принтере с точностью в 0,2 мм для изучения геомеханических процессов при разработке параметров новых горных технологий.

Лейзер В. И., Янбеков А. М., Умаров А. Р., Вишнякова К. М. Прочностные и деформационные характеристики высокоточных физических моделей «сотовых» горных конструкций, созданных по технологии FDM печати // Горный информационно-аналитическийбюллетень.–2021.–№11.–С.28–36.DOI:10.25018/0236_1493_2021_11_0_28.

Работа выполнена при финансовой поддержке Pоссийского научного фонда (проект № 19-17-00034).

Лейзер Владислав Игоревич¹ — аспирант, e-mail: vlad.leizer@yandex.ru,
Янбеков Амир Маратович¹ — аспирант, e-mail: yanbekov@mail.ru,
Умаров Абдулжалил Рамисович¹ — аспирант, e-mail: flek1231998@mail.ru,
Вишнякова Карина Михайловна¹ — студент, e-mail: karina-vishnyakova00@yandex.ru,
¹ ГИ НИТУ «МИСиС».

Лейзер В.И., e-mail: vlad.leizer@yandex.ru.

1. Трубецкой К. Н., Галченко Ю. П. Природоподобная геотехнология комплексного освоения недр: проблемы и перспективы. — М.: ООО «Научтехлитиздат», 2020. — 368 с.

2. Трубецкой К. Н., Мясков А. В., Галченко Ю. П., Еременко В. А. Обоснование и создание конвергентных горных технологий подземной разработки мощных месторождений твердых полезных ископаемых // Горный журнал. — 2019. — № 5. — С. 6—13.

3. Galchenko Yu. P., Eremenko V. A., Kosyreva M. A., Vysotin N. G. Features of secondary stress field formation under anthropogenic change in subsoil during underground mineral mining // Eurasian Mining. 2020, no. 1, pp. 9—13.

4. Еременко В. А., Аксенов З. В., Пуль Э. К., Захаров Н. Е. Исследование структуры вторичного поля напряжений призабойной части подготовительных выработок при проходке выбросоопасных пластов с использованием программы Map3D // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2020. — № 5. — С. 91—104. DOI: 10.25018/02361493-2020-5-0-91-104.

5. Еременко В. А., Галченко Ю. П., Косырева М. А.Оценка влияния геометрических параметров традиционно применяемых и природоподобных систем подземной разработки рудных месторождений на исходное поле напряжений // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. — 2020, no. 3, pp. 98—109.

6. Galchenko Yu. P., Eremenko V. A. Evolution of secondary stress field during underground mining of thick ore bodies // Eurasian Mining. 2021, no. 1, pp. 21—24.

7. Кирпичев М. В. Теория подобия. — М.: АН СССР, 1953. — 96 с.

8. Arora K., Gutierrez M., Hedayat A. New physical model to study tunnels in squeezing clay-rich rock // Geotechnical Testing Journal. 2021, vol. 44, no. 6, article 20200081.

9. Arora K., Gutierrez M., Hedayat A. Physical modeling of lined tunnel in squeezing ground conditions / Geo-Congress 2020: Engineering, Monitoring and Management of Geotechnical Infrastructure. Minneapolis, 2020, pp. 335—344.

10. Jiang Q., Feng X., Song L., Gong Y., Zheg H., Cui J. Modeling rockspecimens through 3D printing: Tentative experiments and prospects // Acta Mechanica Sinica. 2015, vol. 32, no. 1, pp. 524—535.

11. Kong L., Ostadhassan M., Li C., Tamimi N. Rock physics and geomechanics of 3D printed rocks / ARMA 51st U.S. Rock Mechanics, Geomechanics Symposium. San Francisco, California, USA, 2017.

12. Gell E. M., Walley S. M., Braithwaite C. H. Review of the validity of the use of artificial specimens for characterizing the mechanical properties of rocks // Rock Mechanics and Rock Engineering. 2019, vol. 52, no. 9.

13. Еременко В. А., Галченко Ю. П., Высотин Н. Г., Лейзер В. И., Косырева М. А. Прочностные, деформационные и акустические характеристики физических моделей каркасных и сотовых горных конструкций // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. — 2020. — № 6. — С. 93—104.

14. Галченко Ю. П., Лейзер В. И., Высотин Н. Г., Якушева Е. Д. Обоснование методики лабораторных исследований вторичного поля напряжений при создании и применении конвергентной горной технологии подземной разработки каменной соли // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2019. — № 11. — С. 35—47. DOI: 10.25018/02361493-2019-11-0-35-47.

15. Высотин Н. Г., Косырева М. А., Лейзер В. И., Аксенов З. В. Обоснование создания комплексного стенда для физического моделирования геомеханических процессов во вторичных полях напряжений в условиях разработки месторождений конвергентными горными технологиями // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2019. — № 10. — С. 131—145. DOI: 10.25018/0236-1493-2019-10-0-131-145.

16. User manual CreatBot 3D Printer. Henan Suwei Electronics Technology Company, Limited, 2018. 41 p.