[發(fā)明專利]基于混凝土3D打印技術(shù)的沿空留巷墻體構(gòu)筑系統(tǒng)及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110265904.7
• 申請(qǐng)日: 2021-03-11
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112879048B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-03-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馮曉巍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): E21D11/10
• 分類號(hào): E21D11/10;E21F17/00
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32249
• 代理人: 李悅聲

本發(fā)明公開(kāi)了一種基于混凝土3D打印技術(shù)的沿空留巷墻體構(gòu)筑系統(tǒng)及方法，適用于煤礦沿空留巷技術(shù)中的留巷墻體構(gòu)筑方面。包括設(shè)置在工作面端頭留巷段附近的混凝土3D打印系統(tǒng)以及距離該打印系統(tǒng)不遠(yuǎn)處且位于留巷內(nèi)部的物料制備系統(tǒng)；混凝土3D打印系統(tǒng)主要包括近端噴嘴、遠(yuǎn)端噴嘴、以及接頂噴嘴，上述噴嘴分別能夠構(gòu)筑沿著留巷走向方向布置的硬質(zhì)墻體、軟質(zhì)墻體、以及接頂墻體，對(duì)應(yīng)地分別與硬質(zhì)墻體材料、軟質(zhì)墻體材料、以及接頂發(fā)泡材料連接；其中近端噴嘴和遠(yuǎn)端噴嘴通過(guò)滑軌與上橫梁底部銜接并能夠沿著滑軌移動(dòng)，接頂噴嘴位于上橫梁端頭。其自動(dòng)化程度高，施工人員工作量低，作業(yè)環(huán)境友好。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于混凝土3D打印技術(shù)的沿空留巷墻體構(gòu)筑系統(tǒng)及方法，尤其適用于煤礦井下沿空留巷技術(shù)中留巷墻體的搭建及構(gòu)筑。

背景技術(shù)

沿空留巷是煤礦開(kāi)采中較為重要的一種技術(shù)，沿空留巷指的是在當(dāng)前工作面后方沿著采空區(qū)邊緣維護(hù)原回采巷道，該技術(shù)消除了區(qū)段煤柱，改善了煤炭資源回收率，從而在各大礦區(qū)得到一定的推廣應(yīng)用。沿空留巷技術(shù)大多需要沿著采空區(qū)邊緣構(gòu)筑一道人工墻體，該人工墻體對(duì)于阻隔采空區(qū)有害氣體、水、矸石等起到重要作用，同時(shí)對(duì)所維護(hù)巷道的穩(wěn)定性也具有重要作用。從應(yīng)力分布角度而言，人工墻體改變了上覆頂板原有的跨冒規(guī)律，使得墻體上方承載有較大應(yīng)力，對(duì)被維護(hù)巷道的礦壓顯現(xiàn)規(guī)律非常重要。因此，一般而言，對(duì)于人工墻體的構(gòu)筑，一方面要求其有一定的承載力，能夠抵抗頂板的下沉變形，并在必要的時(shí)刻及時(shí)切斷頂板；另一方面要求其具有一定的柔性，在較大頂板變形情況下相應(yīng)地具備一定變形能力，從而去適應(yīng)頂板的變形。

目前在實(shí)際工程中，沿空留巷存在工作強(qiáng)度大，端頭作業(yè)機(jī)械多，人員集中，作業(yè)環(huán)境差等缺點(diǎn)。在回采工作面推過(guò)之后，留巷墻體的穩(wěn)定性對(duì)留巷空間的控制起著至關(guān)重要的作用，在部分地段出現(xiàn)變形后，仍舊需要人工去后續(xù)維護(hù)。總體上，盡管沿空留巷在具有諸多優(yōu)點(diǎn)的前提下也具有諸多缺點(diǎn)。如何提高沿空留巷技術(shù)的自動(dòng)化水平、降低作業(yè)強(qiáng)度、提高墻體性能、減少作業(yè)人員等問(wèn)題是制約沿空留巷技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展的瓶頸所在。

發(fā)明內(nèi)容

技術(shù)問(wèn)題：本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提供一種基于混凝土3D打印技術(shù)的沿空留巷墻體構(gòu)筑系統(tǒng)及方法，在沿空留巷墻體構(gòu)筑方面上給出一種自動(dòng)化更好，人員數(shù)需求低，作業(yè)環(huán)境友好的技術(shù)手段。

技術(shù)方案：為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明的基于混凝土3D打印技術(shù)的沿空留巷墻體構(gòu)筑系統(tǒng)，其特征在于：它包括布設(shè)在綜采工作面內(nèi)需要構(gòu)筑留巷墻體處的擠出系統(tǒng)滑軌和混凝土3D打印系統(tǒng)，混凝土3D打印系統(tǒng)包括物料擠出系統(tǒng)和物料制備系統(tǒng)，其中物料擠出系統(tǒng)通過(guò)驅(qū)動(dòng)輪設(shè)置在擠出系統(tǒng)滑軌，物料制備系統(tǒng)設(shè)置在留巷段內(nèi)，物料制備系統(tǒng)與物料擠出系統(tǒng)通過(guò)輸出管路相連；

物料擠出系統(tǒng)包括設(shè)置在沿?cái)D出系統(tǒng)滑軌上的擠出系統(tǒng)底座，擠出系統(tǒng)底座通過(guò)立柱設(shè)有橫向設(shè)置的上橫梁，上橫梁的端部設(shè)有接頂噴嘴，上橫梁下方通過(guò)近端噴嘴銜接塊和遠(yuǎn)端噴嘴銜接塊分別設(shè)有近端噴嘴和遠(yuǎn)端噴嘴，其中上橫梁下方設(shè)有滑軌，所述近端噴嘴銜接塊和遠(yuǎn)端噴嘴銜接塊通過(guò)滑軌與上橫梁滑動(dòng)連接；

物料制備系統(tǒng)包括主控系統(tǒng)、硬質(zhì)墻體構(gòu)筑材料罐、軟質(zhì)墻體構(gòu)筑材料罐、外加劑罐、原料罐和接頂發(fā)泡材料罐；其中主控系統(tǒng)用以通過(guò)輸入3D打印模型文件參數(shù)從而控制物料擠出系統(tǒng)打印速度、打印層高、噴嘴擠出速度，硬質(zhì)墻體構(gòu)筑材料罐、軟質(zhì)墻體構(gòu)筑材料罐、接頂發(fā)泡材料罐通過(guò)輸出管路均與物料擠出系統(tǒng)連接并供料，其中硬質(zhì)墻體構(gòu)筑材料罐通過(guò)輸出管還與近端噴嘴連接并供料，軟質(zhì)墻體構(gòu)筑材料罐通過(guò)輸出管還與遠(yuǎn)端噴嘴連接并供料，接頂發(fā)泡材料罐通過(guò)輸出管還與接頂噴嘴連接并供料。

所述硬質(zhì)墻體構(gòu)筑材料罐、軟質(zhì)墻體構(gòu)筑材料罐、外加劑罐、原料罐和接頂發(fā)泡材料罐的所有輸出管路捆扎后構(gòu)成材料輸送集成與擠出系統(tǒng)底座連接。

所述近端噴嘴銜接塊下方依次通過(guò)用以控制材料流出速度的近端噴嘴大徑轉(zhuǎn)接嘴和近端噴嘴小徑轉(zhuǎn)接嘴與近端噴嘴連接；所述遠(yuǎn)端噴嘴銜接塊下方依次通過(guò)用以控制材料流出速度的遠(yuǎn)端噴嘴大徑轉(zhuǎn)接嘴和遠(yuǎn)端噴嘴小徑轉(zhuǎn)接嘴與遠(yuǎn)端噴嘴連接。