一种地下封存空间构建封存系统技术方案

本发明专利技术公开了一种地下封存空间构建封存系统，包括探测机器人单元、3D打印机器人单元、封存物资转运机器人单元和集中电控单元。在探测机器人单元完成对地下空洞的扫描后构建地下空洞三维空间模型，中央控制计算机根据应力计算分析结果和输入的安全系数拟合生成地下封存空间三维模型、打印路径、封存运输路径，3D打印机器人单元、在地下空洞内部直接3D打印地下封存空间三维模型的实体，封存物资转运机器人单元将待封存物品依次坐标移动转运至地下封存空间实体内部的设定坐标位置，可实现地下封存空间的智能化自动构建、封存物品的智能化自动转运封存，特别适用于基于地下空洞的碳封存作业。

【技术实现步骤摘要】
一种地下封存空间构建封存系统
本专利技术涉及一种地下封存空间的构建封存系统，具体是一种基于如煤矿井下煤炭采空区、煤炭地下气化过程中形成的大面积煤层燃空区等人为岩土活动产生的地下空洞或者天然地质运动在地表下产生的一系列空洞等自然地下空洞的地下封存空间构建封存系统，属于地下工程

技术介绍
地下空间是指属于地表以下，主要针对建筑方面来说的一个名词，它的范围很广，比如地下商城、地下停车场、地铁、穿海隧道等建筑空间。地下空间的开发利用是城市发展到一定阶段的产物，城市化加速发展使得城市地下空间开发利用同步加快发展成为必然。我国现有的地下空间开发利用多是针对地下浅层部分进行开发利用，如地下交通设施、地下商业设施、地下车库、城市综合防灾设施等设施，而随着我国一线城市地下空间的开发利用，地下浅层部分将会利用完毕，地下空间开发将逐步向深层发展，深层地下空间资源的开发利用已成为未来城市现代化建设的主要课题。深层地下空间资源的开发还可应用于地下军事指挥中心、军事物资储备等军事工程和地下油库等地下仓储工程，甚至可以用于封存如核废料、重金属垃圾等物品，特别是近年来为减缓温室气体排放和保护全球气候而提出的“以捕获碳并安全存储的方式来取代直接向大气中排放二氧化碳”的碳封存技术，深层地下空间的存储量大、质量稳定、维护容易等特点可为碳封存提供优良的封存场所。地下空洞是指地表以下被岩层覆盖的空间，一般是指空间较大的、位于地表以下深层的地下空腔。人为岩土活动如在煤矿开采中地下开采占世界煤矿生产的60％，而地下开采过程中将地下煤炭或煤矸石等开采完成后往往留下大面积的煤炭采空区形成地下空洞；另外，煤炭地下气化技术不仅可以回收矿井遗弃的煤炭资源，而且还可以用于开采井工难以开采或开采经济性、安全性较差的薄煤层、深部煤层、“三下”压煤和高硫、高灰、高瓦斯煤层，虽然煤炭地下气化燃烧后的灰渣留在地下，但煤炭地下气化过程中也会形成的大面积煤层燃空区地下空洞；另外，天然地质运动在地表下也会产生一系列地下空洞。虽然地下空洞可以作为深层地下空间的开发基础，但传统的深层地下空间的开发与浅层地下空间的开发不同，深层地下空间开发无法像浅层地下空间开发一样先在地表开挖基坑、再在基坑内进行施工，传统的深层地下空间开发通常是基于BIM技术和深层开挖装备及技术的基础上，通常是先进行开挖并支护后采用如预制钢筋混凝土柱地基基础、预制外墙、预制楼板等PC构件进行吊装拼接施工工序，再进行压力灌浆与现浇节点处理等后续施工工序。一方面，传统的深层地下空间开发施工过程中通常需要空间占用较大的输送设备、支护设备和起重设备，通常需要耗费大量人力物力，深层地下空间开发成本较大；另一方面，深层地下空间在开挖后深层地下空间的原始应力状态通常被破坏，从而致使应力重新分布，深层地下空间施工过程中在上覆压力和地下水等因素的作用下，深层地下空间极易发生如片帮、冒顶、突水、岩爆、冲击地压等多种形式的地质灾害，施工环境恶劣、且施工作业安全性较差；再一方面，现有的建好的深层地下空间作为封存场所使用时仅是将深层地下空间简单地作为仓储空间使用，即将已封存好的封存物资集装箱直接码放置入，空间利用率受封存物资集装箱的制约。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提供一种地下封存空间构建封存系统，自动化程度高，可以在实现对地下空洞内部进行有效支护的前提下实现基于地下空洞的深层地下封存空间的构建，实现降低开发成本、降低施工安全隐患的同时可实现地下封存空间的智能化自动构建、封存物品的智能化自动转运封存，特别适用于基于地下空洞的碳封存作业。为实现上述目的，地下封存空间构建系统包括探测机器人单元、3D打印机器人单元和集中电控单元；所述的探测机器人单元包括全地形行走底盘、探测机械臂和车载电控装置；全地形行走底盘设置在探测机器人单元的底部，全地形行走底盘包括电控驱动机构和转向控制机构；探测机械臂的底端安装在全地形行走底盘上，探测机械臂的顶端设有探测装置，探测装置包括探测头，探测头包括距离传感器、扫描仪、陀螺仪、探测头角度定位控制驱动，探测头角度定位控制驱动至少包括沿左右水平方向为中轴线旋转移动的A坐标旋转驱动机构和沿前后水平方向为中轴线旋转移动的B坐标旋转驱动机构；车载电控装置固定安装在全地形行走底盘上，车载电控装置包括工业控制计算机、探测机器人行走控制回路、探测头探测角度控制回路，工业控制计算机分别与全地形行走底盘的电控驱动机构和转向控制机构电连接，工业控制计算机与探测头的探测头角度定位控制驱动电连接；所述的3D打印机器人单元包括全地形行走底盘、打印机械臂、打印材料输入装置和打印电控装置；全地形行走底盘设置在3D打印机器人单元的底部，全地形行走底盘包括电控驱动机构和转向控制机构；打印机械臂安装在全地形行走底盘上，打印机械臂包括打印机械臂驱动，打印机械臂驱动至少包括控制打印机械臂左右水平方向移动的X坐标驱动机构、控制打印机械臂前后水平方向移动的Y坐标驱动机构、控制打印机械臂竖直方向移动的Z坐标驱动机构，打印机械臂的末节上设有3D打印装置，3D打印装置包括3D打印喷头；打印材料输入装置包括打印材料泵入机构，打印材料泵入机构的输入端与打印材料供给子单元连接，打印材料供给子单元供应打印材料，打印材料泵入机构的输出端与3D打印喷头通过打印材料输出管路连接；打印电控装置固定安装在全地形行走底盘上，打印电控装置包括工业控制计算机、3D打印机器人行走控制回路、3D打印喷头位置控制回路、打印材料泵入机构控制回路，工业控制计算机分别与全地形行走底盘的电控驱动机构和转向控制机构电连接，工业控制计算机分别与打印机械臂驱动、打印材料泵入机构电连接；所述的封存物资转运机器人单元包括行走底盘、工作平台、转运机械臂和转运电控装置；行走底盘包括电控驱动机构和转向控制机构；工作平台安装在行走底盘上；转运机械臂安装在工作平台上，转运机械臂包括转运机械臂驱动，转运机械臂驱动至少包括控制转运机械臂左右水平方向移动的X坐标驱动机构、控制转运机械臂前后水平方向移动的Y坐标驱动机构、控制转运机械臂竖直方向移动的Z坐标驱动机构，转运机械臂的末节设有机械手；转运电控装置固定安装在工作平台上，转运电控装置包括工业控制计算机、封存物资转运机器人行走控制回路、转运机械臂控制回路，工业控制计算机分别与行走底盘的电控驱动机构和转向控制机构电连接，工业控制计算机与转运机械臂驱动电连接；所述的集中电控单元包括中央控制计算机、探测控制回路、数据建模回路、探测机器人位置反馈修正回路、3D打印控制回路、封存物资转运控制回路，中央控制计算机分别与探测头的距离传感器、扫描仪、陀螺仪电连接，中央控制计算机分别与车载电控装置的工业控制计算机、打印电控装置的工业控制计算机、封存物资转运机器人单元转运电控装置的工业控制计算机电连接。作为本专利技术的进一步改进方案，打印材料包含以二氧化碳气体为填充气体的泡沫地聚合物，以二氧化碳气体为填充气体的泡沫地聚合物包括矿渣微粉、固体废渣微粉、碱激发剂、二氧化碳泡沫填充气体、发泡剂、速凝剂。作为本专利技术的进一步改进方案，封存物资转运机器人单元与3D打印机器人单元为同一个机器人单元，封存物资转运机器人单元的转运机械臂与3D打印机器人单元的打印机械臂为同一个机械臂；转运机械臂的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种地下封存空间构建封存系统，其特征在于，包括探测机器人单元(1)、3D打印机器人单元(2)、封存物资转运机器人单元(3)和集中电控单元(4)；所述的探测机器人单元(1)包括全地形行走底盘、探测机械臂(11)和车载电控装置(12)；全地形行走底盘设置在探测机器人单元(1)的底部，全地形行走底盘包括电控驱动机构和转向控制机构；探测机械臂(11)的底端安装在全地形行走底盘上，探测机械臂(11)的顶端设有探测装置，探测装置包括探测头(13)，探测头(13)包括距离传感器、扫描仪、陀螺仪、探测头角度定位控制驱动，探测头角度定位控制驱动至少包括沿左右水平方向为中轴线旋转移动的A坐标旋转驱动机构和沿前后水平方向为中轴线旋转移动的B坐标旋转驱动机构；车载电控装置(12)固定安装在全地形行走底盘上，车载电控装置(12)包括工业控制计算机、探测机器人行走控制回路、探测头探测角度控制回路，工业控制计算机分别与全地形行走底盘的电控驱动机构和转向控制机构电连接，工业控制计算机与探测头(13)的探测头角度定位控制驱动电连接；所述的3D打印机器人单元(2)包括全地形行走底盘、打印机械臂(21)、打印材料输入装置(22)和打印电控装置(23)；全地形行走底盘设置在3D打印机器人单元(2)的底部，全地形行走底盘包括电控驱动机构和转向控制机构；打印机械臂(21)安装在全地形行走底盘上，打印机械臂(21)包括打印机械臂驱动，打印机械臂驱动至少包括控制打印机械臂左右水平方向移动的X坐标驱动机构、控制打印机械臂前后水平方向移动的Y坐标驱动机构、控制打印机械臂竖直方向移动的Z坐标驱动机构，打印机械臂(21)的末节上设有3D打印装置，3D打印装置包括3D打印喷头(24)；打印材料输入装置(22)包括打印材料泵入机构，打印材料泵入机构的输入端与打印材料供给子单元连接，打印材料供给子单元供应打印材料，打印材料泵入机构的输出端与3D打印喷头(24)通过打印材料输出管路连接；打印电控装置(23)固定安装在全地形行走底盘上，打印电控装置(23)包括工业控制计算机、3D打印机器人行走控制回路、3D打印喷头位置控制回路、打印材料泵入机构控制回路，工业控制计算机分别与全地形行走底盘的电控驱动机构和转向控制机构电连接，工业控制计算机分别与打印机械臂驱动、打印材料泵入机构电连接；所述的封存物资转运机器人单元(3)包括行走底盘、工作平台、转运机械臂和转运电控装置；行走底盘包括电控驱动机构和转向控制机构；工作平台安装在行走底盘上；转运机械臂安装在工作平台上，转运机械臂包括转运机械臂驱动，转运机械臂驱动至少包括控制转运机械臂左右水平方向移动的X坐标驱动机构、控制转运机械臂前后水平方向移动的Y坐标驱动机构、控制转运机械臂竖直方向移动的Z坐标驱动机构，转运机械臂的末节设有机械手；转运电控装置固定安装在工作平台上，转运电控装置包括工业控制计算机、封存物资转运机器人行走控制回路、转运机械臂控制回路，工业控制计算机分别与行走底盘的电控驱动机构和转向控制机构电连接，工业控制计算机与转运机械臂驱动电连接；所述的集中电控单元(4)包括中央控制计算机、探测控制回路、数据建模回路、探测机器人位置反馈修正回路、3D打印控制回路、封存物资转运控制回路，中央控制计算机分别与探测头(13)的距离传感器、扫描仪、陀螺仪电连接，中央控制计算机分别与车载电控装置(12)的工业控制计算机、打印电控装置(23)的工业控制计算机、封存物资转运机器人单元(3)转运电控装置的工业控制计算机电连接。...

【技术特征摘要】
1.一种地下封存空间构建封存系统，其特征在于，包括探测机器人单元(1)、3D打印机器人单元(2)、封存物资转运机器人单元(3)和集中电控单元(4)；所述的探测机器人单元(1)包括全地形行走底盘、探测机械臂(11)和车载电控装置(12)；全地形行走底盘设置在探测机器人单元(1)的底部，全地形行走底盘包括电控驱动机构和转向控制机构；探测机械臂(11)的底端安装在全地形行走底盘上，探测机械臂(11)的顶端设有探测装置，探测装置包括探测头(13)，探测头(13)包括距离传感器、扫描仪、陀螺仪、探测头角度定位控制驱动，探测头角度定位控制驱动至少包括沿左右水平方向为中轴线旋转移动的A坐标旋转驱动机构和沿前后水平方向为中轴线旋转移动的B坐标旋转驱动机构；车载电控装置(12)固定安装在全地形行走底盘上，车载电控装置(12)包括工业控制计算机、探测机器人行走控制回路、探测头探测角度控制回路，工业控制计算机分别与全地形行走底盘的电控驱动机构和转向控制机构电连接，工业控制计算机与探测头(13)的探测头角度定位控制驱动电连接；所述的3D打印机器人单元(2)包括全地形行走底盘、打印机械臂(21)、打印材料输入装置(22)和打印电控装置(23)；全地形行走底盘设置在3D打印机器人单元(2)的底部，全地形行走底盘包括电控驱动机构和转向控制机构；打印机械臂(21)安装在全地形行走底盘上，打印机械臂(21)包括打印机械臂驱动，打印机械臂驱动至少包括控制打印机械臂左右水平方向移动的X坐标驱动机构、控制打印机械臂前后水平方向移动的Y坐标驱动机构、控制打印机械臂竖直方向移动的Z坐标驱动机构，打印机械臂(21)的末节上设有3D打印装置，3D打印装置包括3D打印喷头(24)；打印材料输入装置(22)包括打印材料泵入机构，打印材料泵入机构的输入端与打印材料供给子单元连接，打印材料供给子单元供应打印材料，打印材料泵入机构的输出端与3D打印喷头(24)通过打印材料输出管路连接；打印电控装置(23)固定安装在全地形行走底盘上，打印电控装置(23)包括工业控制计算机、3D打印机器人行走控制回路、3D打印喷头位置控制回路、打印材料泵入机构控制回路，工业控制计算机分别与全地形行走底盘的电控驱动机构和转向控制机构电连接，工业控制计算机分别与打印机械臂驱动、打印材料泵入机构电连接；所述的封存物资转运机器人单元(3)包括行走底盘、工作平台、转运机械臂和转运电控装置；行走底盘包括电控驱动机构和转向控制机构；工作平台安装在行走底盘上；转运机械臂安装在工作平台上，转运机械臂包括转运机械臂驱动，转运机械臂驱动至少包括控制转运机械臂左右水平方向移动的X坐标驱动机构、控制转运机械臂前后水平方向移动的Y坐标驱动机构、控制转运机械臂竖直方向移动的Z坐标驱动机构，转运机械臂的末节设有机械手；转运电控装置固定安装在工作平台上，转运电控装置包括工业控制计算机、封存物资转运机器人行走控制回路、转运机械臂控制回路，工业控制计算机分别与行走底盘的电控驱动机构和转向控制机构电连接，工业控制计算机与转运机械臂驱动电连接；所述的集中电控单元(4)包括中央控制计算机、探测控制回路、数据建模回路、探测机器人位置反馈修正回路、3D打印控制回路、封存物资转运控制回路，中央控制计算机分别与探测头(13)的距离传感器、扫描仪、陀螺仪电连接，中央控制...

【专利技术属性】
技术研发人员：马占国，鞠杨，高峰，龚鹏，刘飞，张帆，李宁，王建国，杨伟明，李安洪，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32