一种基于3d打印的三维矿山相似材料模拟试验系统及方法
技术领域
1.本发明属于3d打印技术领域，尤其涉及基于一种3d打印的三维矿山相似材料模拟试验系统及方法。
背景技术：2.目前，矿山指有一定开采境界的采掘矿石的独立生产经营单位。矿山主要包括一个或多个采矿车间（或称坑口、矿井、露天采场等）和一些辅助车间，大部分矿山还包括选矿场（洗煤厂）。矿山包括煤矿、金属矿、非金属矿、建材矿和化学矿等等。矿山规模（也称生产能力）通常用年产量或日产量表示。年产量即矿山每年生产的矿石数量。按产量的大小，分为大型、中型、小型3种类型。矿山规模的大小，要与矿山经济合理的服务年限相适应，只有这样，才能节省基建费用，降低成本。在矿山生产过程中，采掘作业既是消耗人力、物力最多，占用资金最多，又是降低采矿成本潜力最大的生产环节。降低采掘成本的主要途径是提高劳动生产率及产品质量，降低物资消耗。然而，现有矿山相似材料模拟试验系统模拟过程中相似材料均匀度和紧实度难以得到有效控制，严重影响实验结果的精确性与可靠性；同时，不能制成精度高度的实物模型，因而也就无法对实物模型采用相似模拟方法在实验室内进行试验研究。
3.综上所述，现有技术存在的问题及缺陷是：现有矿山相似材料模拟试验系统模拟过程中相似材料均匀度和紧实度难以得到有效控制，严重影响实验结果的精确性与可靠性；同时，不能制成精度高度的实物模型，因而也就无法对实物模型采用相似模拟方法在实验室内进行试验研究。
技术实现要素：4.针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于3d打印的三维矿山相似材料模拟试验系统及方法。
5.本发明是这样实现的，一种基于3d打印的三维矿山相似材料模拟试验方法，所述基于3d打印的三维矿山相似材料模拟试验方法包括以下步骤：步骤一，通过矿山信息采集模块利用信息采集设备采集矿山信息；其中，所述矿山信息包括矿山成分、硬度和渗透性的数据信息；通过模型参数配置模块利用配置程序根据采集的信息配置矿山相似材料模型参数，构建模型参数集；通过中央控制模块利用中央处理器协调控制所述基于3d打印的三维矿山相似材料模拟试验系统各个模块的正常工作；步骤二，通过相似材料匹配模块利用匹配程序根据采集的矿山信息进行相似材料的匹配；通过三维建模模块利用建模程序根据模型参数集构建三维矿山相似材料模拟模型；通过模拟试验模块确定矿山岩层相似材料配比；根据现场工程实际条件进行相似模拟的几何相似比、容重相似比、应力相似比以及强度相似比计算，确定模型架型号、矿山岩层容重、开挖速度等参数；步骤三，通过模拟程序利用构建的三维矿山相似材料模拟模型对矿山岩层靠站模
拟试验，对相似模拟矿山岩层装填滑移式自动夯实装置的动力机构、夯实机构、行走机构与约束机构进行安装与调试；不同矿山岩层相似材料按要求配比掺水搅拌混匀后进行模型架相似材料装填，采用抺子人工初步平铺成型；步骤四，通过调速器控制行走机构的滑移速度，采用横向与纵向调位螺栓调节实现夯实架尺寸、夯实力度设定；启动行走电机对相似模拟材料人工铺装面进行精细找平，实现相似材料铺装面均匀与平整；步骤五，启动夯实电机对相似材料精细找平面进行自动均匀力度夯实，完成一层相似材料的装填平铺与夯实成型；采用纵向调位螺栓进行夯实架抬高至设定位置，在夯实相似材料上布置裂隙，撒入适量云母粉进行分层；步骤六，重复步骤三至步骤五，完成一架次实验架相似材料的装填平铺与夯实成型；通过相似评估模块利用评估程序根据模拟试验数据对矿山相似材料相似度进行评估；通过3d打印模块收集采空区相关资料如周边矿山层分布、采掘和压覆资源情况，再绘制沉降云图，并确定采空区范围；步骤七，利用三维激光扫描仪cms对地下采空区进行360
°
球形精确测量，获取地下采空区的边界坐标信息（x,y,z），实现采空区三维测量；根据采空区三维测量数据建立采空区3d数字模型，利用3d打印设备进行采空区石蜡模型的打印；制作岩体相似材料模型，并将石蜡模型熔出，打印得到三维矿山相似材料模拟模型；步骤八，通过数据存储模块利用存储器存储采集的矿山信息、模型参数集、三维矿山相似材料模拟模型、模拟试验书、相似材料匹配结果以及相似评估结果；通过更新显示模块利用显示器对采集的矿山信息、模型参数集、三维矿山相似材料模拟模型、模拟试验书、相似材料匹配结果以及相似评估结果的实时数据进行更新显示。
6.进一步，步骤二中，所述矿山岩层相似材料按质量份数计，由砂30-40份、水泥15-20份、铁精粉7-11份、滑石粉6-10份、重晶石粉5-8份、石膏2-4份、甘油1-3份和余量水组成。
7.进一步，所述矿山岩层相似材料的制备方法，包括：（1）在室温下，依次将砂、水泥、铁精粉、滑石粉、重晶石粉和石膏按照配方的质量份数配比置于搅拌装置中，搅拌混合均匀，备用；（2）将甘油按照配方的质量份数配比加入水中，充分搅拌，混合均匀后，备用；（3）将步骤（2）得到的混合液加入至步骤（1）得到的固体混合材料中，混合搅拌至均匀，即可得到所述矿山岩层相似材料。
8.进一步，步骤三中，所述模型架包括主架装置、护板槽钢、紧固螺栓以及紧固螺母。
9.进一步，步骤七中，所述采空区三维测量，包括：采空区测量的扫描参数设置为垂直方向上每1
°
记录一个坐标值，水平方向上每1
°
扫描一组数据，共获取360组数据，每组数据存储360个坐标点。
10.进一步，步骤七中，所述根据采空区三维测量数据建立采空区3d数字模型，利用3d打印设备进行采空区石蜡模型的打印；制作岩体相似材料模型，并将石蜡模型熔出，打印得到三维矿山相似材料模拟模型，包括：（1）采空区3d数字模型建立：将获取的地下采空区的边界坐标信息（x,y,z）进行处理后，输入到三维矿业软件3dmine中，在计算机中建立采空区3d数字实体模型；（2）采空区石蜡模型的打印：用3d打印机按需求比例将采空区3d数字实体模型打
印成采空区石蜡模型；（3）制作岩体相似材料模型：将采空区石蜡模型按照空间位置摆放，周围搭建模板，并在模板底部预留一个石蜡溶出口，将配比好的岩体相似材料混合搅拌均匀后浇筑到搭建好的模板内，制作出岩体相似材料模型；（4）石蜡模型熔出：相似材料模型养护达到设定的强度后，利用加热法将采空区石蜡模型加热并从石蜡熔出口中熔出，最终制作出采空区采空区相似材料3d模型。
11.进一步，步骤（2）中，所述采空区石蜡模型的打印，还包括：采用工业级3d打印机用52号或54号石蜡原料按需求比例打印出的三维的采空区石蜡模型。
12.本发明的另一目的在于提供一种应用所述的基于3d打印的三维矿山相似材料模拟试验方法的基于3d打印的三维矿山相似材料模拟试验系统，所述基于3d打印的三维矿山相似材料模拟试验系统包括：矿山信息采集模块、模型参数配置模块、中央控制模块、相似材料匹配模块、三维建模模块、模拟试验模块、相似评估模块、3d打印模块、数据存储模块、更新显示模块。
13.矿山信息采集模块，与中央控制模块连接，用于通过信息采集设备采集矿山信息；其中，所述矿山信息包括矿山成分、硬度和渗透性的数据信息；模型参数配置模块，与中央控制模块连接，用于通过配置程序根据采集的信息配置矿山相似材料模型参数，构建模型参数集；中央控制模块，与矿山信息采集模块、模型参数配置模块、相似材料匹配模块、三维建模模块、模拟试验模块、相似评估模块、3d打印模块、数据存储模块、更新显示模块连接，用于通过中央处理器协调控制所述基于3d打印的三维矿山相似材料模拟试验系统各个模块的正常工作；相似材料匹配模块，与中央控制模块连接，用于通过匹配程序根据采集的矿山信息进行相似材料的匹配；三维建模模块，与中央控制模块连接，用于通过建模程序根据模型参数集构建三维矿山相似材料模拟模型；模拟试验模块，与中央控制模块连接，用于通过模拟程序利用构建的三维矿山相似材料模拟模型对矿山岩层进行模拟试验；相似评估模块，与中央控制模块连接，用于通过评估程序根据模拟试验数据对矿山相似材料相似度进行评估；3d打印模块，与中央控制模块连接，用于通过3d打印设备打印构建的三维矿山相似材料模拟模型；数据存储模块，与中央控制模块连接，用于通过存储器存储采集的矿山信息、模型参数集、三维矿山相似材料模拟模型、模拟试验书、相似材料匹配结果以及相似评估结果；更新显示模块，与中央控制模块连接，用于通过显示器对采集的矿山信息、模型参数集、三维矿山相似材料模拟模型、模拟试验书、相似材料匹配结果以及相似评估结果的实时数据进行更新显示。
14.本发明的另一目的在于提供一种存储在计算机可读介质上的计算机程序产品，包括计算机可读程序，供于电子装置上执行时，提供用户输入接口以实施所述的基于3d打印
的三维矿山相似材料模拟试验方法。
15.本发明的另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，储存有指令，当所述指令在计算机上运行时，使得计算机执行所述的基于3d打印的三维矿山相似材料模拟试验方法。
16.结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：本发明提供的基于3d打印的三维矿山相似材料模拟试验方法，通过模拟试验模块对相似模拟实验室普通实验架相似材料装填，采用自行设计制作的相似模拟矿山岩层装填滑移式自动夯实装置，实现相似材料的分层装填、同层平铺与均匀夯实，以提高矿山相似模拟实验的精确性与还原性，为矿山实际工程环境参数选取提供参考；本发明设计合理、结构简单、夯实力度均匀可调，且有一定的容错性，实现了相似模拟实验矿山岩层装填不同尺寸、不同力度的均匀装填需求，提高了矿山相似模拟实验的精确性与可靠性；同时，通过3d打印模块解决了采空区稳定性分析相似材料模拟实验中建模的几何相似条件，大大提高了相似材料模拟实验的可靠程度和模拟结果的准确性；消除了目前矿山采空区稳定性分析和破坏方式相似材料试验研究中采用采空区简化标准模型的弊端，解决了以往无法建立与真实采空区空间形态一致的3d模型难题。
附图说明
17.图1是本发明实施例提供的基于3d打印的三维矿山相似材料模拟试验方法流程图；图2是本发明实施例提供的基于3d打印的三维矿山相似材料模拟试验系统结构框图；图3是本发明实施例提供的矿山岩层相似材料的制备方法流程图；图4是本发明实施例提供的通过模拟试验模块利用模拟程序利用构建的三维矿山相似材料模拟模型对矿山岩层进行模拟试验的方法流程图；图5是本发明实施例提供的通过3d打印模块利用3d打印设备打印构建的三维矿山相似材料模拟模型的方法流程图。
18.图2中：1、矿山信息采集模块；2、模型参数配置模块；3、中央控制模块；4、相似材料匹配模块；5、三维建模模块；6、模拟试验模块；7、相似评估模块；8、3d打印模块；9、数据存储模块；10、更新显示模块。
19.具体实施方式
20.下面结合附图对本发明的结构作详细的描述。
21.如图1所示，本发明实施例提供的基于3d打印的三维矿山相似材料模拟试验方法包括以下步骤：s101，通过矿山信息采集模块利用信息采集设备采集矿山信息；其中，所述矿山信息包括矿山成分、硬度和渗透性的数据信息；s102，通过模型参数配置模块利用配置程序根据采集的信息配置矿山相似材料模型参数，构建模型参数集；
s103，通过中央控制模块利用中央处理器协调控制所述基于3d打印的三维矿山相似材料模拟试验系统各个模块的正常工作；s104，通过相似材料匹配模块利用匹配程序根据采集的矿山信息进行相似材料的匹配；s105，通过三维建模模块利用建模程序根据模型参数集构建三维矿山相似材料模拟模型；s106，通过模拟试验模块利用模拟程序利用构建的三维矿山相似材料模拟模型对矿山岩层进行模拟试验；s107，通过相似评估模块利用评估程序根据模拟试验数据对矿山相似材料相似度进行评估；通过3d打印模块利用3d打印设备打印构建的三维矿山相似材料模拟模型；s108，通过数据存储模块利用存储器存储采集的矿山信息、模型参数集、三维矿山相似材料模拟模型、模拟试验书、相似材料匹配结果以及相似评估结果；s109，通过更新显示模块利用显示器对采集的矿山信息、模型参数集、三维矿山相似材料模拟模型、模拟试验书、相似材料匹配结果以及相似评估结果的实时数据进行更新显示。
22.如图2所示，本发明实施例提供的基于3d打印的三维矿山相似材料模拟试验系统包括：矿山信息采集模块1、模型参数配置模块2、中央控制模块3、相似材料匹配模块4、三维建模模块5、模拟试验模块6、相似评估模块7、3d打印模块8、数据存储模块9、更新显示模块10。
23.矿山信息采集模块1，与中央控制模块3连接，用于通过信息采集设备采集矿山信息；其中，所述矿山信息包括矿山成分、硬度和渗透性的数据信息；模型参数配置模块2，与中央控制模块3连接，用于通过配置程序根据采集的信息配置矿山相似材料模型参数，构建模型参数集；中央控制模块3，与矿山信息采集模块1、模型参数配置模块2、相似材料匹配模块4、三维建模模块5、模拟试验模块6、相似评估模块7、3d打印模块8、数据存储模块9、更新显示模块10连接，用于通过中央处理器协调控制所述基于3d打印的三维矿山相似材料模拟试验系统各个模块的正常工作；相似材料匹配模块4，与中央控制模块3连接，用于通过匹配程序根据采集的矿山信息进行相似材料的匹配；三维建模模块5，与中央控制模块3连接，用于通过建模程序根据模型参数集构建三维矿山相似材料模拟模型；模拟试验模块6，与中央控制模块3连接，用于通过模拟程序利用构建的三维矿山相似材料模拟模型对矿山岩层进行模拟试验；相似评估模块7，与中央控制模块3连接，用于通过评估程序根据模拟试验数据对矿山相似材料相似度进行评估；3d打印模块8，与中央控制模块3连接，用于通过3d打印设备打印构建的三维矿山相似材料模拟模型；数据存储模块9，与中央控制模块3连接，用于通过存储器存储采集的矿山信息、模型参数集、三维矿山相似材料模拟模型、模拟试验书、相似材料匹配结果以及相似评估结
果；更新显示模块10，与中央控制模块3连接，用于通过显示器对采集的矿山信息、模型参数集、三维矿山相似材料模拟模型、模拟试验书、相似材料匹配结果以及相似评估结果的实时数据进行更新显示。
24.下面结合具体实施例对本发明作进一步描述。
25.实施例1本发明实施例提供的基于3d打印的三维矿山相似材料模拟试验方法如图1所示，作为优选实施例，本发明实施例提供的矿山岩层相似材料按质量份数计，由砂30-40份、水泥15-20份、铁精粉7-11份、滑石粉6-10份、重晶石粉5-8份、石膏2-4份、甘油1-3份和余量水组成。
26.如图3所示，本发明实施例提供的矿山岩层相似材料的制备方法，包括：s201，在室温下，依次将砂、水泥、铁精粉、滑石粉、重晶石粉和石膏按照配方的质量份数配比置于搅拌装置中，搅拌混合均匀，备用；s202，将甘油按照配方的质量份数配比加入水中，充分搅拌，混合均匀后，备用；s203，将s202得到的混合液加入至s201得到的固体混合材料中，混合搅拌至均匀，即可得到所述矿山岩层相似材料。
27.实施例2本发明实施例提供的基于3d打印的三维矿山相似材料模拟试验方法如图1所示，作为优选实施例，如图4所示，本发明实施例提供的通过模拟试验模块利用模拟程序利用构建的三维矿山相似材料模拟模型对矿山岩层进行模拟试验的方法包括：s301，确定矿山岩层相似材料配比；根据现场工程实际条件进行相似模拟的几何相似比、容重相似比、应力相似比以及强度相似比计算，确定模型架型号、矿山岩层容重、开挖速度等参数；s302，对相似模拟矿山岩层装填滑移式自动夯实装置的动力机构、夯实机构、行走机构与约束机构进行安装与调试；不同矿山岩层相似材料按要求配比掺水搅拌混匀后进行模型架相似材料装填，并采用抺子人工初步平铺成型；s303，通过调速器控制行走机构的滑移速度，采用横向与纵向调位螺栓调节实现夯实架尺寸、夯实力度设定；启动行走电机对相似模拟材料人工铺装面进行精细找平，实现相似材料铺装面均匀与平整；s304，启动夯实电机对相似材料精细找平面进行自动均匀力度夯实，完成一层相似材料的装填平铺与夯实成型；采用纵向调位螺栓进行夯实架抬高至设定位置，在夯实相似材料上布置裂隙，撒入适量云母粉进行分层；s305，重复s302至s304，完成一架次实验架相似材料的装填平铺与夯实成型。
28.本发明实施例提供的模型架包括主架装置、护板槽钢、紧固螺栓以及紧固螺母。
29.实施例3本发明实施例提供的基于3d打印的三维矿山相似材料模拟试验方法如图1所示，作为优选实施例，如图5所示，本发明实施例提供的通过3d打印模块利用3d打印设备打印构建的三维矿山相似材料模拟模型的方法包括：s401，收集采空区相关资料如周边矿山层分布、采掘和压覆资源情况，再绘制沉降
云图，并确定采空区范围；s402，采空区三维测量：利用三维激光扫描仪cms对地下采空区进行360
°
球形精确测量，获取地下采空区的边界坐标信息（x,y,z）；s403，采空区3d数字模型建立：将获取的地下采空区的边界坐标信息（x,y,z）进行处理后，输入到三维矿业软件3dmine中，在计算机中建立采空区3d数字实体模型；s404，采空区石蜡模型的打印：用3d打印机按需求比例将采空区3d数字实体模型打印成采空区石蜡模型；s405，制作岩体相似材料模型：将采空区石蜡模型按照空间位置摆放，周围搭建模板，并在模板底部预留一个石蜡溶出口，将配比好的岩体相似材料混合搅拌均匀后浇筑到搭建好的模板内，制作出岩体相似材料模型；s406，石蜡模型熔出：相似材料模型养护达到设定的强度后，利用加热法将采空区石蜡模型加热并从石蜡熔出口中熔出，最终制作出采空区采空区相似材料3d模型。
30.本发明实施例提供的采空区三维测量，包括：采空区测量的扫描参数设置为垂直方向上每1
°
记录一个坐标值，水平方向上每1
°
扫描一组数据，共获取360组数据，每组数据存储360个坐标点。
31.本发明实施例提供的采空区石蜡模型的打印，还包括：采用工业级3d打印机用52号或54号石蜡原料按需求比例打印出的三维的采空区石蜡模型。
32.在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用全部或部分地以计算机程序产品的形式实现，所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载或执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本发明实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(dsl) 或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输)。所述计算机可读取存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质，(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，dvd)、或者半导体介质(例如固态硬盘solid state disk(ssd))等。
技术特征：1.一种基于3d打印的三维矿山相似材料模拟试验方法，其特征在于，所述基于3d打印的三维矿山相似材料模拟试验方法包括以下步骤：步骤一，通过矿山信息采集模块利用信息采集设备采集矿山信息；其中，所述矿山信息包括矿山成分、硬度和渗透性的数据信息；通过模型参数配置模块利用配置程序根据采集的信息配置矿山相似材料模型参数，构建模型参数集；通过中央控制模块利用中央处理器协调控制所述基于3d打印的三维矿山相似材料模拟试验系统各个模块的正常工作；步骤二，通过相似材料匹配模块利用匹配程序根据采集的矿山信息进行相似材料的匹配；通过三维建模模块利用建模程序根据模型参数集构建三维矿山相似材料模拟模型；通过模拟试验模块确定矿山岩层相似材料配比；根据现场工程实际条件进行相似模拟的几何相似比、容重相似比、应力相似比以及强度相似比计算，确定模型架型号、矿山岩层容重、开挖速度等参数；步骤三，通过模拟程序利用构建的三维矿山相似材料模拟模型对矿山岩层靠站模拟试验，对相似模拟矿山岩层装填滑移式自动夯实装置的动力机构、夯实机构、行走机构与约束机构进行安装与调试；不同矿山岩层相似材料按要求配比掺水搅拌混匀后进行模型架相似材料装填，采用抺子人工初步平铺成型；步骤四，通过调速器控制行走机构的滑移速度，采用横向与纵向调位螺栓调节实现夯实架尺寸、夯实力度设定；启动行走电机对相似模拟材料人工铺装面进行精细找平，实现相似材料铺装面均匀与平整；步骤五，启动夯实电机对相似材料精细找平面进行自动均匀力度夯实，完成一层相似材料的装填平铺与夯实成型；采用纵向调位螺栓进行夯实架抬高至设定位置，在夯实相似材料上布置裂隙，撒入适量云母粉进行分层；步骤六，重复步骤三至步骤五，完成一架次实验架相似材料的装填平铺与夯实成型；通过相似评估模块利用评估程序根据模拟试验数据对矿山相似材料相似度进行评估；通过3d打印模块收集采空区相关资料如周边矿山层分布、采掘和压覆资源情况，再绘制沉降云图，并确定采空区范围；步骤七，利用三维激光扫描仪cms对地下采空区进行360
°
球形精确测量，获取地下采空区的边界坐标信息（x,y,z），实现采空区三维测量；根据采空区三维测量数据建立采空区3d数字模型，利用3d打印设备进行采空区石蜡模型的打印；制作岩体相似材料模型，并将石蜡模型熔出，打印得到三维矿山相似材料模拟模型；步骤八，通过数据存储模块利用存储器存储采集的矿山信息、模型参数集、三维矿山相似材料模拟模型、模拟试验书、相似材料匹配结果以及相似评估结果；通过更新显示模块利用显示器对采集的矿山信息、模型参数集、三维矿山相似材料模拟模型、模拟试验书、相似材料匹配结果以及相似评估结果的实时数据进行更新显示。2.如权利要求1所述的基于3d打印的三维矿山相似材料模拟试验方法，其特征在于，步骤二中，所述矿山岩层相似材料按质量份数计，由砂30-40份、水泥15-20份、铁精粉7-11份、滑石粉6-10份、重晶石粉5-8份、石膏2-4份、甘油1-3份和余量水组成。3.如权利要求2所述的基于3d打印的三维矿山相似材料模拟试验方法，其特征在于，所述矿山岩层相似材料的制备方法，包括：（1）在室温下，依次将砂、水泥、铁精粉、滑石粉、重晶石粉和石膏按照配方的质量份数
配比置于搅拌装置中，搅拌混合均匀，备用；（2）将甘油按照配方的质量份数配比加入水中，充分搅拌，混合均匀后，备用；（3）将步骤（2）得到的混合液加入至步骤（1）得到的固体混合材料中，混合搅拌至均匀，即可得到所述矿山岩层相似材料。4.如权利要求1所述的基于3d打印的三维矿山相似材料模拟试验方法，其特征在于，步骤三中，所述模型架包括主架装置、护板槽钢、紧固螺栓以及紧固螺母。5.如权利要求1所述的基于3d打印的三维矿山相似材料模拟试验方法，其特征在于，步骤七中，所述采空区三维测量，包括：采空区测量的扫描参数设置为垂直方向上每1
°
记录一个坐标值，水平方向上每1
°
扫描一组数据，共获取360组数据，每组数据存储360个坐标点。6.如权利要求1所述的基于3d打印的三维矿山相似材料模拟试验方法，其特征在于，步骤七中，所述根据采空区三维测量数据建立采空区3d数字模型，利用3d打印设备进行采空区石蜡模型的打印；制作岩体相似材料模型，并将石蜡模型熔出，打印得到三维矿山相似材料模拟模型，包括：（1）采空区3d数字模型建立：将获取的地下采空区的边界坐标信息（x,y,z）进行处理后，输入到三维矿业软件3dmine中，在计算机中建立采空区3d数字实体模型；（2）采空区石蜡模型的打印：用3d打印机按需求比例将采空区3d数字实体模型打印成采空区石蜡模型；（3）制作岩体相似材料模型：将采空区石蜡模型按照空间位置摆放，周围搭建模板，并在模板底部预留一个石蜡溶出口，将配比好的岩体相似材料混合搅拌均匀后浇筑到搭建好的模板内，制作出岩体相似材料模型；（4）石蜡模型熔出：相似材料模型养护达到设定的强度后，利用加热法将采空区石蜡模型加热并从石蜡熔出口中熔出，最终制作出采空区采空区相似材料3d模型。7.如权利要求6所述的基于3d打印的三维矿山相似材料模拟试验方法，其特征在于，步骤（2）中，所述采空区石蜡模型的打印，还包括：采用工业级3d打印机用52号或54号石蜡原料按需求比例打印出的三维的采空区石蜡模型。8.一种应用如权利要求1~7任意一项所述的基于3d打印的三维矿山相似材料模拟试验方法的基于3d打印的三维矿山相似材料模拟试验系统，其特征在于，所述基于3d打印的三维矿山相似材料模拟试验系统包括：矿山信息采集模块、模型参数配置模块、中央控制模块、相似材料匹配模块、三维建模模块、模拟试验模块、相似评估模块、3d打印模块、数据存储模块、更新显示模块；矿山信息采集模块，与中央控制模块连接，用于通过信息采集设备采集矿山信息；其中，所述矿山信息包括矿山成分、硬度和渗透性的数据信息；模型参数配置模块，与中央控制模块连接，用于通过配置程序根据采集的信息配置矿山相似材料模型参数，构建模型参数集；中央控制模块，与矿山信息采集模块、模型参数配置模块、相似材料匹配模块、三维建模模块、模拟试验模块、相似评估模块、3d打印模块、数据存储模块、更新显示模块连接，用于通过中央处理器协调控制所述基于3d打印的三维矿山相似材料模拟试验系统各个模块
的正常工作；相似材料匹配模块，与中央控制模块连接，用于通过匹配程序根据采集的矿山信息进行相似材料的匹配；三维建模模块，与中央控制模块连接，用于通过建模程序根据模型参数集构建三维矿山相似材料模拟模型；模拟试验模块，与中央控制模块连接，用于通过模拟程序利用构建的三维矿山相似材料模拟模型对矿山岩层进行模拟试验；相似评估模块，与中央控制模块连接，用于通过评估程序根据模拟试验数据对矿山相似材料相似度进行评估；3d打印模块，与中央控制模块连接，用于通过3d打印设备打印构建的三维矿山相似材料模拟模型；数据存储模块，与中央控制模块连接，用于通过存储器存储采集的矿山信息、模型参数集、三维矿山相似材料模拟模型、模拟试验书、相似材料匹配结果以及相似评估结果；更新显示模块，与中央控制模块连接，用于通过显示器对采集的矿山信息、模型参数集、三维矿山相似材料模拟模型、模拟试验书、相似材料匹配结果以及相似评估结果的实时数据进行更新显示。9.一种存储在计算机可读介质上的计算机程序产品，包括计算机可读程序，供于电子装置上执行时，提供用户输入接口以实施如权利要求1~7任意一项所述的基于3d打印的三维矿山相似材料模拟试验方法。10.一种计算机可读存储介质，储存有指令，当所述指令在计算机上运行时，使得计算机执行如权利要求1~7任意一项所述的基于3d打印的三维矿山相似材料模拟试验方法。
技术总结本发明属于3D打印技术领域，公开了一种基于3D打印的三维矿山相似材料模拟试验系统及方法，所述基于3D打印的三维矿山相似材料模拟试验系统包括：矿山信息采集模块、模型参数配置模块、中央控制模块、相似材料匹配模块、三维建模模块、模拟试验模块、相似评估模块、3D打印模块、数据存储模块、更新显示模块。本发明通过模拟试验模块实现了相似模拟实验矿山岩层装填不同尺寸、不同力度的均匀装填需求，提高了矿山相似模拟实验的精确性与可靠性。同时，本发明通过3D打印模块大大提高了相似材料模拟实验的可靠程度和模拟结果的准确性；消除了目前矿山采空区稳定性分析和破坏方式相似材料试验研究中采用采空区简化标准模型的弊端。试验研究中采用采空区简化标准模型的弊端。试验研究中采用采空区简化标准模型的弊端。
技术研发人员：张俊文 赵利民 陈亚萍 钟帅 李积星
受保护的技术使用者：兰州资源环境职业技术学院
技术研发日：2022.03.20
技术公布日：2022/7/5
