一种煤矿井下密闭智能建造装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种煤矿井下密闭智能建造装置和方法，包括行走机构、作业平台、六轴机械臂、伸缩机构、打印喷头、浇筑喷头、泵送机构、三维扫描仪和控制机构。在巷道密闭墙构筑位置预先对两帮及顶、底掏槽，三维扫描仪实时扫描预设密闭墙轮廓，向控制机构传输参数，控制机构构建密闭墙3D打印模型，并驱动行走机构使该装置行驶至设定位置后，启动六轴机械臂、泵送机构和打印喷头作业，完成密闭墙打印作业；启动六轴机械臂、伸缩机构、泵送机构和浇筑喷头完成密闭墙浇筑作业。控制机构按打印材料的膨胀系数等比缩小建模，打印墙体自动嵌入掏槽，接帮接顶。本发明专利技术提供的装置和方法，实现建造无人化、智能化，高效快捷，密封效果可靠稳定。密封效果可靠稳定。密封效果可靠稳定。

【技术实现步骤摘要】
一种煤矿井下密闭智能建造装置和方法


[0001]本专利技术涉及煤矿安全生产
,尤其涉及一种煤矿井下密闭智能建造装置和方法。

技术介绍

[0002]在煤矿井下巷道内筑造密闭墙，是防治煤层自然发火和瓦斯爆炸等主要灾害的有效技术手段。现阶段，筑造密闭墙普遍采取人工砌筑方式，即采用垒砖抹水泥的传统砌筑方式。由于煤矿巷道受到煤矿开采以及地质环境的制约，其通道表现为宽度窄、顶高矮的特点，能够提供的作业范围有限；并且，人工筑造所需的砖石、砂石和水泥等原材料运输困难，在煤矿巷道内作业需要耗费较多的人力和物力，延长施工周期，作业人员所面临的风险增高，遇到突发状况可能会造成较严重的后果。

技术实现思路

[0003]为解决上述
技术介绍
中存在的技术问题，即，为了能够在煤矿巷道密闭墙筑造过程中减轻作业人员的体力劳动，有效保障作业人员的施工安全，并提高密闭墙筑造效率，本专利技术提供一种煤矿井下密闭智能建造装置及方法。
[0004]本专利技术提供的技术方案如下：一种煤矿井下密闭智能建造装置，包括行走机构、作业平台、六轴机械臂、伸缩机构、打印喷头、浇筑喷头、泵送机构、三维扫描仪和控制机构；所述作业平台固定安装于所述行走机构的上表面，所述作业平台内部设置有物料腔室，所述物料腔室用于装载浆料；所述六轴机械臂固定安装于所述作业平台的上表面，所述六轴机械臂设置有电控箱，所述电控箱用于接收所述控制机构的作业指令，并控制所述六轴机械臂执行所述作业指令；所述打印喷头固定安装在所述六轴机械臂的六轴轴臂处，随所述六轴同步运动；所述伸缩机构固定安装在所述六轴机械臂的四轴轴臂处，所述浇筑喷头固定设置在所述伸缩机构的前端，随所述伸缩机构同步运动；所述泵送机构安装于所述作业平台的外表面，所述泵送机构接收所述控制结构的作业信息，并向所述打印喷头和/或所述浇筑喷头泵送浆料；所述三维扫描仪安装于所述六轴机械臂处，用于测量并向所述控制机构传输煤矿巷道的巷道参数数据；所述控制机构设置于所述作业平台的上表面，用于接收所述三维扫描仪传输的巷道参数数据和外部输入数据，并控制所述行走机构、六轴机械臂、伸缩机构和泵送机构按照设定的逻辑程序作业。
[0005]进一步的，所述泵送机构包括泵送机构包括作业泵、管线A和管线B；所述作业泵的进料管贯穿所述作业平台并伸入所述物料腔室；所述作业泵开设两个出料口，并分别连接所述管线A和所述管线B，所述管线A设有阀门A，所述管线B设有阀门B；所述管线A的另一端连接所述浇筑喷头，所述管线B的另一端连接所述打印喷头；所述控制机构通过信号线控制所述作业泵、阀门A和阀门B的开合。
[0006]进一步的，所述控制机构包括A/D数模转换模块、MCU主控制模块、打印数据输出模
块、第一电机控制模块、第二电机控制模块、第三电机控制模块、第一开关控制模块、第二开关控制模块和延时电路模块；其中，所述A/D数模转换模块用于接收所述三维扫描仪传输的数据信息；所述打印数据输出模块用于向所述六轴机械臂的电控箱输出密闭墙建模数据；所述第一电机控制模块用于控制所述行走机构的电机启停；所述第二电机控制模块用于控制所述伸缩机构的电机启停；所述第三电机控制模块用于控制所述作业泵的电机启停；所述第一开关控制模块用于控制所述阀门A的启停；所述第二开关控制模块用于控制所述阀门B的启停；所述MCU主控制模块用于接收和处理所述三维扫描仪传输的巷道参数数据和/或外部输入数据，并向所述A/D数模转换模块、打印数据输出模块、第一电机控制模块、第二电机控制模块、第三电机控制模块、第一开关控制模块、第二开关控制模块和延时电路模块传输作业指令。
[0007]进一步的，所述行走机构为履带底盘，所述伸缩机构为电动推杆，所述巷道参数包括煤矿巷道的宽度W、高度H、所述装置与煤矿巷道掏槽的距离L。
[0008]一种煤矿井下密闭智能建造方法，包括以下步骤：S1、按照体积百分比为混凝土：聚丙烯纤维：发泡剂=1：0.005：0.017充分混合制备浆料，并注入所述物料腔室内；S2、取步骤S1中的所述浆料，制作N个样品，N≧3，所述样品具有不同的长度、宽度和高度，通过持续观察和测量，获取所述N个样品的完全膨胀时间T1‑
T
N
，以及样品完全膨胀后与原体积的体积比λ1‑
λ
N
，所述浆料的膨胀系数λ以及膨胀时间T为λ1‑
λ
N
和T1‑
T
N
的平均值；S3、于巷道需要筑造密闭墙的位置，在巷道的顶部和两帮掘出15cm
‑
30cm深度的巷道掏槽；S4、启动所述装置，所述装置在所述控制机构的作业指令下行走至设定位置，并完成所述密闭墙的打印筑造；S5、关闭所述装置并清洗所述打印喷头、浇筑喷头以及管线A和管线B，将所述装置移动至下一个作业地点，重复步骤S3
‑
S4，完成下一个作业地点的密闭墙筑造作业。
[0009]进一步的，步骤S4包括以下步骤：a.三维扫描仪实时获取煤矿巷道的宽度W、高度H、装置与巷道掏槽的距离L三组巷道数据，并将所述巷道数据传输至所述控制机构，所述控制机构将实测值L与设定值L0进行比对，若L>L0，所述MCU主控制模块驱动所述第一电机控制模块作业，进而驱动所述行走机构向前行走至L=L0；b.所述MCU主控制模块将接收的煤矿巷道宽度W和高度H数据，结合预设值的浆料膨胀系数λ和墙体厚度D，进行密闭墙3D模型建模；建模数据通过信号线传输至所述机械臂电控箱，控制所述六轴机械臂按照设定的程序路线作业；同步开启所述第三电机控制模块和第二开关控制模块，浆料自所述管线B流动并从所述打印喷头处喷出；c.所述六轴机械臂完成3D模型路径打印作业后，所述MCU主控制模块关闭所述第三电机控制模块和第二开关控制模块；d.启动所述延时电路模块作业，达到时间T后，触发所述第二电机控制模块、第三电机控制模块和第一开关控制模块作业，所述MCU主控制模块控制所述六轴机械臂以3D模型的外轮廓线进行作业，所述浇筑喷头完成密闭墙体与巷道之间的浇筑作业。
[0010]本专利技术的有益效果：
1、本专利技术提供的煤矿井下密闭智能建造装置，通过行走机构和六轴机械臂，能够解决煤矿井下空间受限问题，充分发挥了小型化、灵活性的优势。
[0011]2、本专利技术提供的控制机构通过物联网技术，实现了煤矿井下局域网组网，且与煤矿三维地理信息系统联结，实时传输巷道轮廓测量数据，方便准确控制密闭墙建造位置，尤其在火区密闭建造中，实现无人化、智能化。
[0012]3、本专利技术提供的装置通过控制机构可以使打印喷头和浇筑喷头来回自由切换，完全实现无人智能化建造过程，不需要人工更换打印喷头和浇筑喷头。避免作业人员在高危环境下更换喷头发生瓦斯爆炸事故，使生命安全受到威胁。
[0013]4、本专利技术提供的3D打印系统在实现打印、浇筑一体化的基础上，在传统打印材料混凝土中加入聚丙烯纤维和发泡剂，使其在打印密闭墙的过程中，按照打印材料的膨胀系数等比例缩小建模，并在打印的过程中及打印完毕后等待墙体膨胀，可本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种煤矿井下密闭智能建造装置，其特征在于，包括行走机构、作业平台、六轴机械臂、伸缩机构、打印喷头、浇筑喷头、泵送机构、三维扫描仪和控制机构；所述作业平台固定安装于所述行走机构的上表面，所述作业平台内部设置有物料腔室，所述物料腔室用于装载浆料；所述六轴机械臂固定安装于所述作业平台的上表面，所述六轴机械臂设置有电控箱，所述电控箱用于接收所述控制机构的作业指令，并控制所述六轴机械臂执行所述作业指令；所述打印喷头固定安装在所述六轴机械臂的六轴轴臂处，随所述六轴轴臂同步运动；所述伸缩机构固定安装在所述六轴机械臂的四轴轴臂处，所述浇筑喷头固定设置在所述伸缩机构的前端，随所述伸缩机构同步运动；所述泵送机构安装于所述作业平台的外表面，所述泵送机构接收所述控制结构的作业信息，并向所述打印喷头和/或所述浇筑喷头泵送浆料；所述三维扫描仪安装于所述六轴机械臂处，用于测量并向所述控制机构传输煤矿巷道的巷道参数数据；所述控制机构设置于所述作业平台的上表面，用于接收所述三维扫描仪传输的巷道参数数据和外部输入数据，并控制所述行走机构、六轴机械臂、伸缩机构和泵送机构按照设定的逻辑程序作业。2.根据权利要求1所述的一种煤矿井下密闭智能建造装置，其特征在于，所述泵送机构包括泵送机构包括作业泵、管线A和管线B；所述作业泵的进料管贯穿所述作业平台并伸入所述物料腔室；所述作业泵开设两个出料口，并分别连接所述管线A和所述管线B，所述管线A设有阀门A，所述管线B设有阀门B；所述管线A的另一端连接所述浇筑喷头，所述管线B的另一端连接所述打印喷头；所述控制机构通过信号线控制所述作业泵、阀门A和阀门B的开合。3.根据权利要求2所述的一种煤矿井下密闭智能建造装置，其特征在于，所述控制机构包括A/D数模转换模块、MCU主控制模块、打印数据输出模块、第一电机控制模块、第二电机控制模块、第三电机控制模块、第一开关控制模块、第二开关控制模块和延时电路模块；其中，所述A/D数模转换模块用于接收所述三维扫描仪传输的数据信息；所述打印数据输出模块用于向所述六轴机械臂的电控箱输出密闭墙建模数据；所述第一电机控制模块用于控制所述行走机构的电机启停；所述第二电机控制模块用于控制所述伸缩机构的电机启停；所述第三电机控制模块用于控制所述作业泵的电机启停；所述第一开关控制模块用于控制所述阀门A的启停；所述第二开关控制模块用于控制所述阀门B的启停；所述MCU主控制模块用于接收和处理所述三维扫描仪传输的巷道参数数据和/或外部输入数据，并向所述A/D数模转换模块、打印数据输出模块、第一电机控制模块、第二电机控制模块、第三电机控制模块、第一开关控制模块、第二开关控制模块和延时电路模块传输作业指...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢剑飞，李昂，谢宏，
申请(专利权)人：华北科技学院，
类型：发明
国别省市：