[发明专利]基于混凝土3D打印技术的沿空留巷墙体构筑系统及方法

说明书

本发明公开了一种基于混凝土3D打印技术的沿空留巷墙体构筑系统及方法，适用于煤矿沿空留巷技术中的留巷墙体构筑方面。包括设置在工作面端头留巷段附近的混凝土3D打印系统以及距离该打印系统不远处且位于留巷内部的物料制备系统；混凝土3D打印系统主要包括近端喷嘴、远端喷嘴、以及接顶喷嘴，上述喷嘴分别能够构筑沿着留巷走向方向布置的硬质墙体、软质墙体、以及接顶墙体，对应地分别与硬质墙体材料、软质墙体材料、以及接顶发泡材料连接；其中近端喷嘴和远端喷嘴通过滑轨与上横梁底部衔接并能够沿着滑轨移动，接顶喷嘴位于上横梁端头。其自动化程度高，施工人员工作量低，作业环境友好。

技术领域

本发明涉及一种基于混凝土3D打印技术的沿空留巷墙体构筑系统及方法，尤其适用于煤矿井下沿空留巷技术中留巷墙体的搭建及构筑。

背景技术

沿空留巷是煤矿开采中较为重要的一种技术，沿空留巷指的是在当前工作面后方沿着采空区边缘维护原回采巷道，该技术消除了区段煤柱，改善了煤炭资源回收率，从而在各大矿区得到一定的推广应用。沿空留巷技术大多需要沿着采空区边缘构筑一道人工墙体，该人工墙体对于阻隔采空区有害气体、水、矸石等起到重要作用，同时对所维护巷道的稳定性也具有重要作用。从应力分布角度而言，人工墙体改变了上覆顶板原有的跨冒规律，使得墙体上方承载有较大应力，对被维护巷道的矿压显现规律非常重要。因此，一般而言，对于人工墙体的构筑，一方面要求其有一定的承载力，能够抵抗顶板的下沉变形，并在必要的时刻及时切断顶板；另一方面要求其具有一定的柔性，在较大顶板变形情况下相应地具备一定变形能力，从而去适应顶板的变形。

目前在实际工程中，沿空留巷存在工作强度大，端头作业机械多，人员集中，作业环境差等缺点。在回采工作面推过之后，留巷墙体的稳定性对留巷空间的控制起着至关重要的作用，在部分地段出现变形后，仍旧需要人工去后续维护。总体上，尽管沿空留巷在具有诸多优点的前提下也具有诸多缺点。如何提高沿空留巷技术的自动化水平、降低作业强度、提高墙体性能、减少作业人员等问题是制约沿空留巷技术进一步发展的瓶颈所在。

发明内容

技术问题：本发明的目的是针对现有技术的不足之处，提供一种基于混凝土3D打印技术的沿空留巷墙体构筑系统及方法，在沿空留巷墙体构筑方面上给出一种自动化更好，人员数需求低，作业环境友好的技术手段。

技术方案：为实现上述技术目的，本发明的基于混凝土3D打印技术的沿空留巷墙体构筑系统，其特征在于：它包括布设在综采工作面内需要构筑留巷墙体处的挤出系统滑轨和混凝土3D打印系统，混凝土3D打印系统包括物料挤出系统和物料制备系统，其中物料挤出系统通过驱动轮设置在挤出系统滑轨，物料制备系统设置在留巷段内，物料制备系统与物料挤出系统通过输出管路相连；

物料挤出系统包括设置在沿挤出系统滑轨上的挤出系统底座，挤出系统底座通过立柱设有横向设置的上横梁，上横梁的端部设有接顶喷嘴，上横梁下方通过近端喷嘴衔接块和远端喷嘴衔接块分别设有近端喷嘴和远端喷嘴，其中上横梁下方设有滑轨，所述近端喷嘴衔接块和远端喷嘴衔接块通过滑轨与上横梁滑动连接；

物料制备系统包括主控系统、硬质墙体构筑材料罐、软质墙体构筑材料罐、外加剂罐、原料罐和接顶发泡材料罐；其中主控系统用以通过输入3D打印模型文件参数从而控制物料挤出系统打印速度、打印层高、喷嘴挤出速度，硬质墙体构筑材料罐、软质墙体构筑材料罐、接顶发泡材料罐通过输出管路均与物料挤出系统连接并供料，其中硬质墙体构筑材料罐通过输出管还与近端喷嘴连接并供料，软质墙体构筑材料罐通过输出管还与远端喷嘴连接并供料，接顶发泡材料罐通过输出管还与接顶喷嘴连接并供料。

所述硬质墙体构筑材料罐、软质墙体构筑材料罐、外加剂罐、原料罐和接顶发泡材料罐的所有输出管路捆扎后构成材料输送集成与挤出系统底座连接。

所述近端喷嘴衔接块下方依次通过用以控制材料流出速度的近端喷嘴大径转接嘴和近端喷嘴小径转接嘴与近端喷嘴连接；所述远端喷嘴衔接块下方依次通过用以控制材料流出速度的远端喷嘴大径转接嘴和远端喷嘴小径转接嘴与远端喷嘴连接。