[发明专利]沿空掘巷3D打印顺槽墙体机器人及施工方法

说明书

本发明公开了一种沿空掘巷3D打印顺槽墙体机器人及施工方法，包括液压行走系统、储料系统、搅拌挤料系统、三维直角打印机、喷嘴及控制系统等，液压行走系统的上方依次为搅拌挤料系统、储料系统，三维直角打印机位于液压行走系统一侧，由控制系统控制搅拌挤料系统搅拌挤送混凝土，同时控制三维直角打印机及喷嘴打印混凝土三维体。顺槽打印完成后，下个工作面顺槽沿墙体掘进形成沿空掘巷。本发明实现了沿空掘巷3D打印顺槽墙体，无需模板，3D打印机器人可自行走，提高了井下混凝土作业机械化程度及施工速度，适用于煤矿、冶金矿山、地下工程和隧道工程等领域。

技术领域

本发明属于煤矿机械及无煤柱开采技术领域，具体涉及一种沿空掘巷3D打印顺槽墙体机器人及施工方法。

背景技术

无煤柱开采是绿色开采的重要研究方向。无煤柱开采包括沿空留巷无煤柱开采和沿空留巷无煤柱开采。沿空留巷可以为每个工作面节省一条顺槽、回收煤柱、缓解采掘紧张关系，同时可以实现Y型通风解决上隅角瓦斯超限难题，对煤矿扭亏为盈、提质增效、安全高效生产具有重要意义。由于沿空留巷承受两次采动影响，巷道不易保留，难度较大。沿空掘巷承受一次采动影响，巷道压力及变形较小，容易维护，因而使用较多。小煤柱沿空掘巷是在工作面回采采空区矸石冒落压实后，滞后工作面一定距离，保留窄小煤柱进行掘巷。但小煤柱掘巷窄小煤柱易压碎，导致巷道变形大及易漏风，维护成本高。目前有采用模板浇筑顺槽墙体，然后沿墙体掘巷的技术。墙体浇筑时采用模板，模板需要支模、拆模，易漏浆，施工速度慢，工人劳动强度大。

3D打印，即快速成型技术的一种，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。3D打印通常是采用数字技术材料打印机来实现的。常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型，后逐渐用于一些产品的直接制造，已经有使用这种技术打印而成的零部件。该技术在珠宝、鞋类、工业设计、建筑、汽车，航空航天、牙科和医疗产业、教育、地理信息系统以及其他领域都有所应用。目前，3D打印混凝土已经用于地面建房，此混凝土与普通混凝土的材料配比不同，其中添加了改性水泥及外加剂。

为了进一步提高沿空掘巷浇筑顺槽墙体的施工机械化水平，节省模板，提高施工速度，需要研发一种沿空掘巷3D打印顺槽墙体机器人及施工方法。

发明内容

本发明的目的是为煤矿井下沿空掘巷提供无需模板、提高顺槽墙体施工机械化程度与施工速度、具有行走功能的沿空掘巷3D打印顺槽墙体机器人及施工方法。

本发明采用如下技术方案来实现的：

沿空掘巷3D打印顺槽墙体机器人，包括液压行走系统、储料系统、搅拌挤料系统、三维直角打印机、喷嘴夹持器、喷嘴、支护系统及控制系统，液压行走系统的上方依次为搅拌挤料系统、储料系统、三维直角打印机位于液压行走系统一侧，由控制系统控制搅拌挤料系统搅拌挤送混凝土，同时控制三维直角打印机及喷嘴打印混凝土三维体；其中，

液压行走系统包括旋转履带底盘、平板平台、液压系统、刹车系统和操作系统，平板平台置于旋转履带底盘之上，液压系统用于为液压行走系统、储料系统和搅拌挤料系统提供动力，操作系统用于控制液压行走系统的动作，刹车系统用于为液压行走系统制动；

储料系统包括储料箱和升降油缸，储料箱底部的一端与液压行走系统上的平板平台上的支腿铰接，另一端与升降油缸铰接，升降油缸的缸套底端与平板平台连接，升降油缸用于控制储料箱的倾斜角度；

搅拌挤料系统包括搅拌机和螺旋挤出机，搅拌机置于螺旋挤出机上方，搅拌机出料口与螺旋挤出机入料口连接，螺旋挤出机出料口与混凝土输送软管的一端连接；

三维直角打印机包括X向梁、Y向梁、Z向梁、驱动电机、传动带、导轨和滑块，导轨布置在X向梁、Y向梁及Z向梁上，Z向梁与平板平台连接，X向梁一端与Z向梁通过滑块滑移连接，Y向梁两端与两根X向梁通过滑块滑移连接，驱动电机的转动能够带动传动带运动，传动带能够带动导轨上的滑块运动；