“机器人+”典型应用场景案例集--矿山领域机器人典型应用场景：矿用高效智能混凝土喷浆
编者按：为加快矿山领域机器人应用推广，更好服务矿山安全高质量发展，国家矿山安全监察局安全基础司、工业和信息化部装备工业一司联合开展了矿山领域机器人典型应用场景遴选工作，确定推广31个典型应用场景、66个场景实例。现组织中国软件评测中心梳理66个场景实例的先进经验及应用成效，在“机器人+”供需对接与应用推广公共服务平台及相关微信公众号开展持续宣传，以更好推动典型应用场景的复制与推广。
| 矿山种类：煤矿 |
| 应用场景：喷浆 |
| 场景实例：矿用高效智能混凝土喷浆 |
| 机器人产品及制造单位：智能混凝土喷浆机器人，山东金科星机电股份有限公司 |
| 应用单位：宁夏煤业有限责任公司李家壕煤矿 |
矿井喷浆能够将锚杆(索)、金属网、岩层等形成整体性的加固结构，增强围岩稳定性，为后期的扩巷、加固提供可靠的基础，是煤矿安全生产的重要环节，也是保障矿工生命安全和煤矿资源有效开采的重要手段。传统喷浆作业机械化程度低、劳动强度大。传统煤矿井下喷浆作业一般通过人工完成配料、搅拌上料、手持喷枪作业等，人工作业劳动强度大、作业效率低。喷浆作业过程中需人工将喷浆系统及配料站向前频繁推进，受煤矿井下恶劣作业条件限制，每次挪机均需耗费大量人力。人工喷浆作业回弹率高、喷浆不均匀，工人患职业病风险高。喷浆料在枪头位置与水混合，存在混合不均匀的问题，传统人工手持枪头喷浆作业方式，易造成喷出物含大量干料，喷浆现场粉尘严重，危害工人身体健康。人工操作方式无法准确观测喷浆厚度，易造成喷浆厚度不均匀、回弹率高、喷浆料浪费等问题，难以达到理想的喷浆加固效果。喷浆距离近、易堵管。传统喷浆作业采用气力输送式喷浆方式，受煤矿井下风压风量条件限制，喷浆距离普遍小于70米，且喷浆量随喷浆管路加长而逐渐减少，易造成喷浆料堵管。
智能混凝土喷浆机器人集行走、扫描、配料、搅拌、泵送、机械手喷浆为一体，实现自动配料、上料搅拌、扫描定位、路径规划、智能喷射、自动修正、数据交互等功能。
智能混凝土喷浆机器人采用全液压泵送结构设计，通过对泵送混凝土流变特性及泵送压力分析、液压系统动态特性仿真分析等，实现连续上料搅拌、泵送、喷射。采用控制系统模块化设计，实现车载、行进、远程遥控等工作状态下的自主行走、障碍规避等功能。通过三维环境重构、巷道特征识别、喷射模型分析等，实现喷射路径的自动规划和自动喷射作业。采用机械手终端轨迹规划与精确控制技术，辅助喷枪找到最佳喷射方位，达到喷浆厚度均匀、回弹率低的效果。搭载负载敏感电比例液压系统，使泵送压力达到25MPa，喷浆距离可达500米。
智能混凝土喷浆机器人在宁夏煤业有限责任公司李家壕煤矿实现3套应用，累计应用时间4个月。应用前，混凝土喷浆工序需7名工人参与，人工作业混凝土回弹率在35%左右。应用后，喷浆现场仅需1名工人在喷浆机械手处观察设备工作状态，偶尔需要人工遥控干预臂架动作，混凝土回弹率降低至12%，有效降低工人劳动强度，提升作业效率；4个月累计节省混凝土材料700m³，以单价400元/m³计算，总计节省材料费用28万元；施工现场粉尘浓度低于5mg/m³，保障了井下工人的身体健康。
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