[发明专利]一种高强度岩体原位低能耗碎岩采掘机器人及掘进方法

说明书

本申请涉及矿山地下破岩技术领域，提供一种高强度岩体原位低能耗碎岩采掘机器人及掘进方法，该掘进机器人包括行走机构以及设置在行走机构上的机器人本体，机器人本体至少包括电力系统和控制系统，机器人本体上设有全方位支撑机构、环境感知系统、钻孔及胀拉破岩系统、碎岩及耙拉系统和岩渣收集运输系统，控制系统包括掘进参数智能动态分析模块、通信模块和智能导航模块。该掘进机器人集钻孔、破岩、碎岩、运渣等多种功能于一体，通过充分利用了岩体的原位工程地质条件和岩石材料抗压不抗拉、剪的力学特性进行破岩，可实现矿岩破碎后的块度控制，有效地提高破岩效率，降低采掘能耗，实现安全、稳定、连续的破岩作业。

技术领域

本申请属于矿山地下破岩技术领域，更具体地说，是涉及一种高强度岩体原位低能耗碎岩采掘机器人。

背景技术

随着矿产资源的开采进入深部，岩体坚硬、高磨蚀性、高地应力和矿体分散等复杂的地质条件使得深地资源地开采变得困难。

传统钻爆法破岩存在粉尘大、作业不连续、破岩不精准等问题，施工安全性和效率均较低。

机械法破岩虽然具有环保、可连续破岩等直观的优点，但已有的高强度掘进机通常采用布满镐齿的大惯量截割头进行破岩，在硬岩条件下，也存在各类问题：(1)设备体积庞大，如国外山特维克MT720，尺寸为19.35*4.56*4.62m，国内三一重工EBZ318H，尺寸为13.1*3.8*2.7m，能耗高，灵活性差；(2)目前机械破岩需要先利用凿岩台车钻孔松动，然后掘进机进行截磨掘进，最后通过铲运机等装矿设备运矿，多工序多设备无法实现在地下狭小空间的高效连续作业；(3)镐齿磨损高，截割耗时长，不具备经济截割性；(4)对于坚硬岩体，通常需要先利用凿岩台车钻孔松动硬岩后再进行截磨掘进，存在设备流转问题，作业连续性较差；(5)缺乏环境感知系统，既不能利用工程地质条件进行破岩，也缺乏对岩爆、坍塌等灾害的预防；(6)缺乏自主导航和通讯功能，完全依靠人工，自动化程度较低；(7)缺乏掘进参数动态调整功能，作业流程依靠操作人员眼睛和经验，作业人为风险和运维成本较高。综上所述，现有的机械法破岩设备，难以实现深地资源的高效、环保、经济开采。

在专利申请方面，专利申请号CN202210886102.2，名称为“一种弹丸侵爆与机械刀具联合破岩的装置及方法”，应用爆破法和机械法对掌子面进行联合破岩；专利申请号CN202211003069.0，名称为“一种悬臂式微波辅助破岩截割机构、掘进机及微波辅助破岩方法”，应用微波加热，使岩石内部产生热应力损伤来辅助刀头截割破岩。

而岩体不是均质连续的材料，其内部天然存在节理裂隙和应力集中区域等，此外，对本领域的技术人员可知，岩石抗压强度要远远大于其抗拉、抗剪强度。所列举的设备、专利等多为直接利用外力使岩体破碎，未充分利用岩体自身的工程地质条件和岩石抗压不抗拉、剪的力学特性来进行破岩。

发明内容

为了解决上述现有技术的不足，本申请实施例的目的在于提供一种高强度岩体原位低能耗碎岩采掘机器人，其集钻孔、破岩、碎岩、运渣等多种功能于一体，通过充分利用了岩体的原位工程地质条件和岩石材料抗压不抗拉、剪的力学特性进行破岩，可实现矿岩破碎后的块度控制，有效地提高破岩效率，降低采掘能耗，实现安全、稳定、连续的破岩作业。同时，该采掘机器人体积较小，具有较好的灵活性和较低的移动能耗，适用于高强度岩体。

为实现上述目的，本申请采用的技术方案是：提供一种高强度岩体原位低能耗碎岩采掘机器人，包括行走机构以及设置在行走机构上的机器人本体，机器人本体至少包括电力系统和控制系统，所述机器人本体上设有全方位支撑机构、环境感知系统、钻孔及胀拉破岩系统、碎岩及耙拉系统和岩渣收集运输系统，所述控制系统包括掘进参数智能动态分析模块、通信模块和智能导航模块。

在一个实施方式中，所述全方位支撑机构包括上液压伸缩支撑腿、下液压伸缩支撑腿、左液压伸缩支撑腿和右液压伸缩支撑腿。

在一个实施方式中，所述环境感知系统设置在所述机器人本体的前端，所述环境感应系统包括：形貌扫描机构和岩体高应力区域识别机构。