CN115033958A - 一种巷道自动喷浆喷枪运动速度数学模型构建方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于锚喷领域，涉及一种巷道自动喷浆喷枪运动速度数学模型构建方法，喷枪在喷浆过程中延X方向做直线运动，由于喷浆喷射混凝土的流量一定，当受喷面凹陷时，需要减小喷枪移动速度，增加喷射混凝土的厚度；当受喷面凸出时，需要增加喷枪移动速度，减小喷射混凝土厚度，从而保证喷浆后巷道表面的平整度，本发明通过巷道自动喷浆喷枪运动速度数学模型来计算喷浆机械手喷枪运动的速度，相较于匀速喷浆，考虑到了受喷面的质量影响，可以根据受喷面形状调整喷枪移动速度，将大幅提升喷浆机械手自动喷浆后的巷道表面平整度。

Description

一种巷道自动喷浆喷枪运动速度数学模型构建方法

技术领域

本发明属于锚喷领域，涉及一种巷道自动喷浆喷枪运动速度数学模型构建方法。

背景技术

锚喷是煤矿井下运输大巷、回风大巷等永久性巷道应用最为广泛的支护工艺，喷浆是锚喷支护最重要的工序。目前喷浆大多采用人工喷浆，通过人工观察受喷面质量来控制喷枪移动，从而保证喷浆后巷道表面的平整度。但是由于喷浆劳动强度大，喷浆过程中产生大量粉尘，会对喷浆工人的职业健康造成危害，并且人工喷浆需要人工观察，难以保证喷浆后巷道表面的平整度。

随着煤矿智能化、无人化改革的推进，喷浆机械手将代替人工喷浆，目前喷浆机械手喷枪为匀速运动进行喷浆，但是由于喷浆前受喷面存在凹凸不平的情况，导致难以保证喷浆过后巷道表面的平整度。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种巷道自动喷浆喷枪运动速度数学模型构建方法，通过控制喷枪的移动速度，从而保证喷浆后巷道表面的平整度。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：一种巷道自动喷浆喷枪运动速度数学模型构建方法，构建喷枪在直线运动过程中的速度控制的数学模型，包括以下步骤：

S1，设置喷枪起始点为坐标原点，喷枪沿巷道轴向方向为X方向，喷浆方向为Y方向，喷枪延巷道轴向方向喷浆1～2m，喷完此段直线后对边缘另外一条直线进行喷浆；

S2，通过三维激光扫描仪获取受喷面表面的坐标参数：

X'＝[X′₁，X′₂，X′₃……X′_n]

Y^′＝[Y′₁，Y′₂，Y′₃……X′_n]

S3，计算喷浆后需要达到的巷道尺寸Y″：

其中，h为需要保证的喷浆厚度，单位为mm；

S4，计算喷枪喷射时受喷位置厚度增加速度σ，mm/s：

其中，Q为喷枪喷浆流量，单位为m³/h；D为喷枪喷射直径，单位为mm；

S5，查找喷枪移动到位置x喷射时对应受喷面的坐标，当喷枪在坐标为x时，查找其在受喷面Y′中对应的坐标，查找方法如下：

在i＝1，2，3…n中查找i，使i满足(x-X′_i)×(x-X′_i+1)≤0，此时查找到对应受喷面的最近点的坐标[X′_i，Y′_i]；

S6，计算喷枪在坐标为x时的移动速度V，mm/s：

可选的，S3步骤中，喷浆厚度h为40～60mm。

可选的，S4步骤中，喷枪喷浆流量为5～8m³/min。

可选的，S2步骤中，通过三维激光扫描仪获取受喷面表面的坐标参数的数量不少于1000个。

可选的，喷浆过程中喷枪始终垂直于受喷面，如此反复完成对整个巷道1～2m距离的喷浆。

本发明的有益效果在于：本发明一种巷道自动喷浆喷枪运动速度数学模型构建方法，在喷浆机械手当中通过巷道自动喷浆喷枪运动速度数学模型来计算喷枪运动时的速度，相较于匀速喷浆，考虑到了受喷面的质量影响，可以根据受喷面形状调整喷枪移动速度，将大幅提升喷浆机械手自动喷浆后的巷道表面平整度。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：

图1为锚喷巷道断面轮廓示意图；

图2为喷射枪口的运动轨迹；

图3喷枪直线喷浆过程。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

具体实施例1，

请参阅图1～图3，锚喷巷道断面轮廓如图1所示，喷浆机械手喷浆时，喷枪延巷道轴向方向喷浆1～2m，喷完此段直线后对边缘另外一条直线进行喷浆(如图2所示)，喷浆过程中喷枪始终垂直于受喷面，如此反复完成对整个巷道1—2m距离的喷浆。本发明构建喷枪在直线运动过程中的速度控制的数学模型，喷枪在喷浆过程中延X方向做直线运动，由于喷浆喷射混凝土的流量一定，当受喷面凹陷时，需要减小喷枪移动速度，增加喷射混凝土的厚度；当受喷面凸出时，需要增加喷枪移动速度，减小喷射混凝土厚度，从而保证喷浆后巷道表面的平整度，针对此，本发明一种巷道自动喷浆喷枪运动速度数学模型构建方法，包括以下步骤：

①设置喷枪初始位置为坐标原点；

②通过激光扫描仪扫描受喷面坐标参数，由于计算数组较多，不一一列出激光扫描后的受喷面坐标值；

③由公式

计算喷浆后需要达到的巷道尺寸Y″，此时需要的喷浆厚度为50mm，

为1050mm，则

④当喷浆流量Q为7m³/min，喷枪喷射直径D为100mm时，按式

计算受喷位置厚度增加速度″：

⑤查找喷枪在坐标为x＝100时，受喷面对应坐标，查找到i＝150时受喷面最近点的坐标[X′₁₅₀，Y′₁₅₀]＝[99，1053]；

⑥由式

计算当喷枪移动到坐标为100时喷枪的移动速度：

以此方法可以计算喷枪在直线喷浆运动过程中所有位置的运动速度以保证喷浆后巷道的平整度。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种巷道自动喷浆喷枪运动速度数学模型构建方法，构建喷枪在直线运动过程中的速度控制的数学模型，其特征在于，包括以下步骤：

S1，设置喷枪起始点为坐标原点，喷枪沿巷道轴向方向为X方向，喷浆方向为Y方向，喷枪延巷道轴向方向喷浆1～2m，喷完此段直线后对边缘另外一条直线进行喷浆；

S2，通过三维激光扫描仪获取受喷面表面的坐标参数：

X′＝[X′₁，X′₂，X′₃……X′_n]；

Y′＝[Y′₁，Y′₂，Y′₃……Y′_n]；

S3，计算喷浆后需要达到的巷道尺寸Y″：

其中，h为需要保证的喷浆厚度，单位为mm；

S4，计算喷枪喷射时受喷位置厚度增加速度σ，mm/s：

其中，Q为喷枪喷浆流量，单位为m³/h；D为喷枪喷射直径，单位为mm；

S5，查找喷枪移动到位置x喷射时对应受喷面的坐标，当喷枪在坐标为x时，查找其在受喷面X′中对应的坐标，查找方法如下：

在i＝1，2，3…n中查找i，使i满足(x-X′_i)×(x-X′_i+1)≤0，此时查找到对应受喷面的最近点的坐标[X′_i，Y′_i]；

S6，计算喷枪在坐标为x时的移动速度V，mm/s：

2.根据权利要求1所述的一种巷道自动喷浆喷枪运动速度数学模型构建方法，其特征在于：S3步骤中，喷浆厚度h为40～60mm。

3.根据权利要求1所述的一种巷道自动喷浆喷枪运动速度数学模型构建方法，其特征在于：S4步骤中，喷枪喷浆流量为5～8m³/min。

4.根据权利要求1所述的一种巷道自动喷浆喷枪运动速度数学模型构建方法，其特征在于：S2步骤中，通过三维激光扫描仪获取受喷面表面的坐标参数的数量不少于1000个。

5.根据权利要求1所述的一种巷道自动喷浆喷枪运动速度数学模型构建方法，其特征在于：喷浆过程中喷枪始终垂直于受喷面，如此反复完成对整个巷道1～2m距离的喷浆。

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