[发明专利]用于3D打印相似物理模型的复合型喷嘴及其工作方法

说明书

一种用于3D打印相似物理模型的复合型喷嘴及其工作方法，喷嘴：锚杆植入模块和挤出喷嘴模块分别设置在衔接模块的两端；锚杆植入模块包括植入壳体、顶底锚杆输出装置和帮部锚杆输出装置，植入壳体上端的固接有锚杆贮存桶，其上端开设有锚杆贮存槽；顶底、帮部锚杆输出装置均设置在植入壳体中；顶底锚杆输出装置和帮部锚杆输出装置的结构相同，均由输出喷嘴、第一和第二咬合驱动轮组成；挤出喷嘴模块包括模块间衔接块、两个衔接块和两个喷嘴。方法：确定出合适的缩小比例和打印参数；调配水泥基材料，连接物料泵送管道；启动打印；同步输出锚杆；形成支护系统；测试及分析。本发明能在相似物理模型的3D打印过程中自动化地同步植入缩尺锚杆支护构件。

技术领域

本发明属于矿山岩土领域中采用混凝土3D打印技术领域，具体涉及一种用于3D打印相似物理模型的复合型喷嘴及其工作方法。

背景技术

相似物理模拟方法是矿山岩土领域反演真实地质工程响应的有效手段，该方法一般在实验室中进行，通过构筑缩尺模型，并模拟真实地质条件及开挖步骤，进而可通过加载的方式来获取岩土体在变形失效过程的位移场、应力场、巷道变形等特征。这一方法由于经济成本低、操作过程相对简单、结果相对直观明了而在相关研究领域得到了大幅应用，是目前实验室内研究岩土体变形不可或缺的方法之一。

目前，相似物理模拟的材料主要还是黄沙、水泥、云母片等传统材料，按照特定相似比进行计算后，选取合适骨料，然后通过人工的方式进行一层一层的堆积，在每层堆积完成后再通过人工夯实，最终形成整个模型。在现有技术中，基于这种方法构筑成型的相似模型存在下述缺点：层间强度难以控制、岩层厚度难以保持均一、岩层强度无法与目标岩层吻合、人工作业量较大、养护试件较长、受环境因素影响较大等。因此，传统相似物理模拟多数难以得到符合真实情形的结果，受操作者主观影响较大，岩层跨冒时常难以发生。如何有效解决当前相似物理模拟试验中失真现象明显、结果精确度低等问题不仅仅对矿业领域的研究相对重要，对邻近工程领域的相关研究也有着一定的参考意义。

3D打印作为一种新兴技术，近年来得到了飞速的发展，其作为一种增材制造技术，具有传统铸造技术所不具备的优势，能够成型复杂构件，使得过去难以加工成型的部件的制造过程变得简单经济且可靠，同时，也能使成品的强度得到有效的保证。目前3D打印的材料有很多种类，例如聚乳酸材料、光敏树脂材料、金属粉末材料、混凝土材料等。近年来，混凝土3D打印技术在建筑领域发展迅速，具有材料消耗低、人员参与少、自动化程度高、复杂目标部件成型简易等优势。有效结合3D混凝土打印所具有的优势，可以构筑矿山相似物理模型，模型通过计算机构建，能够保证较高精确性，模拟岩层的打印具有较高的自主性，能够复制某些复杂煤岩层。但是，在构筑矿山相似物理模型中，还需要同步植入锚杆，以更有效的模拟真实地质条件。现有技术中，并不具有具有同步锚杆植入功能的3D混凝土打印喷嘴，因而，降低了相似物理模型的打印效率，同时，还需要通过人工同步植入锚杆，增加了操作人员的劳动强度。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种用于3D打印相似物理模型的复合型喷嘴及其工作方法，该喷嘴能在相似物理模型的3D打印过程中自动化地同步植入缩尺锚杆支护构件，可降低支护构件植入的难度，并能有效降低操作人员的劳动强度；该方法步骤简单，能结合3D混凝土打印所具有的优势快速精确的构筑出矿山相似物理模型，可有效的减少参与人员的数量和成本，能够有效复制出复杂的煤岩层结构。

本发明提供一种用于3D打印相似物理模型的复合型喷嘴，包括挤出喷嘴模块、衔接模块和锚杆植入模块；

所述锚杆植入模块和挤出喷嘴模块分别设置在衔接模块的左端和右端；