一、项目背景

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；煤炭地下气化实质是只提取煤中含能组分、变物理采煤为化学采煤，是将处于地下的煤炭进行有控制地燃烧，通过对煤的热作用及化学作用产生可燃气体的过程，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。

二、技术方案

提供一种地下空洞智能化充填系统，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节省资源、降低充填成本，特别适用于地下空洞的充填治理作业。

为实现上述目的，本地下空洞智能化充填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；

探测机器人单元包括全地形行走底盘Ⅰ、探测机械臂和车载电控装置；全地形行走底盘Ⅰ设置在探测机器人单元的底部，全地形行走底盘Ⅰ包括电控驱动机构Ⅰ和转向控制机构Ⅰ；探测机械臂的底端安装在全地形行走底盘Ⅰ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Ⅰ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Ⅰ的电控驱动机构Ⅰ和转向控制机构Ⅰ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；

3D打印机器人单元包括全地形行走底盘Ⅱ、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Ⅱ设置在3D打印机器人单元的底部，全地形行走底盘Ⅱ包括电控驱动机构Ⅱ和转向控制机构Ⅱ；打印机械臂安装在全地形行走底盘Ⅱ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Ⅱ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Ⅱ的电控驱动机构Ⅱ和转向控制机构Ⅱ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；

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，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和打印电控装置的工业控制计算机电连接。