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.

国家自然科学基金项目（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项目（LQ20E080006）；

1 缩尺相似物理模型的制作
1.1 工程地质条件介绍及缩尺参数确定
1.2 数字模型建立及打印
1.3 缩尺相似物理模型制作
1.3.1 模型参数确定
1.3.2 物理模型搭建
1.3.3 支护系统安装
1.4 相似物理模型加载框架设计
2 试验结果及分析
2.1 巷道周边测点垂直位移特征
2.2 模型受载过程中的声发射特性
2.3 巷道内部破坏失效特征
2.4 模型受载过程中的位移场变化特征
2.5 模型的破坏分区特征
2.6 支护构件失效及崩落块体形貌分析
3 结 论

冯晓巍,汪明坤,薛飞,赵同阳,宋万新,魏群,朱毅超.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[J].中国矿业大学学报,2022,51(02):232-243+256.DOI:10.13247/j.cnki.jcumt.001386.