科创中国

行业领域

高端装备制造产业

需求背景

回采巷道锚网索联合支护支护效果良好，适用于回采巷道断面、简化采煤工作面端头工序、提高采面单产。但是，由于锚网索协同互补支护原理，回采巷道顶板不能随采面推进而及时冒落，对煤矿安全生产和支护需求造成影响：①初放顶板难以及时冒落，初次垮落步距加大，初放期间顶板管理困难；②工面上下端头后方较大范围悬顶，常形成深达几十米甚至上百米的采空区，形成通风死角，悬顶三角区瓦斯聚积，成为“瓦斯积聚库”，常常造成瓦斯超限，严重影响通风安全，给采面带来重大安全隐患；③巷道顶板不垮落，增加了悬顶长度，端头顶板管理困难，在下一个区段巷道布置时，区段煤柱压力增大，对煤柱稳定性造成了一定的影响，也增加下一区段巷道维护的难度等问题。针对以上问题，在回采过程中，人为提前解除锚索预应力的方法来处理未冒落的顶板。

针对回采巷道退锚需求，多家企业和研究院所已研发了退锚专用装置，如手持式退锚器，只能满足部分完整锚索或锚杆的退锚，存在劳动强度大、风险性大等问题。因此，研究锚具张紧、锚具挤压剪切破坏机理，研究退锚方法及工艺流程，减少回采工作面退锚作业人数，提高退锚的安全性，推动煤矿综采智能化，可促进煤炭工业高质量发展意义重大。

需解决的主要技术难题

（一）锚具张紧机理研究

研究煤矿井下常用锚具及张紧工艺，理论分析锚索、锚塞、锚环在张紧过程中各部件动态受力关系，仿真计算锚具在预紧时各部件受力状态，揭示锚具张紧机理，为优化退锚工艺提供理论支撑。

（二）全自动退锚技术研究及装置研发

根据锚索锚具张紧机理，仿真模拟传统退锚器在退锚加压过程中锚具受力变化，研究全自动化退锚工艺及方法，研制适用于不同锚具的锚塞自动抓取机构，由机械自动抓取代替人工，改进锚索夹持机构，提高锚索夹持的适用性（针对锚索尾部炸开等），实现退锚器自定位、锁紧锚索、锚环加压、锚塞锚环分离、取锚塞等流程的自动化。

（三）退锚机器人整机运动学及动力学特性研究

基于CAE技术，研究退锚机器人运动学及动力学特性，基于MATLAB软件进行破锚机构的位姿分析，完成退锚机器人整机机构的轻量化、稳健设计，为整机运动控制和轨迹规划提供理论依据。

（四）基于电液比例闭环控制技术的退锚机器人精准控制技术研究

针对退锚机器人液压控制不精确，机构定位不准确难题，研究基于电液比例闭环控制技术的机器人各机构精确定位技术，优化机器人各执行油缸的控制精度及运动速度，实现破锚机构的高精度定位和高可靠性控制。

期望实现的主要技术目标

研制智能锚护机器人1台；符合煤矿安全标准；机身宽度小于800mm,退锚时间小于1min/件；适应工作面高度3200mm-4500mm；履带接地比压小于0.16MPa；剪切压力大于50MPa；具备遥控和本机操作功能；具备设备关键性能信息监测和存储功能；设备技术成熟度不小于7级。

需求解析

解析单位：“科创中国”智能制造产业科技服务团（中国自动化学会） 解析时间：2022-11-18

谭妍妍

中国自动化学会

项目主管

综合评价

此项需求清晰，方向明确，锚护机器人的不断进步可以极大提升矿场的安全性，减少人工成本，保护劳动者，且已经有合作高校进行研发中。

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解析单位：“科创中国”智能产业科技服务团（中国自动化学会） 解析时间：2022-11-10

谭妍妍

中国自动化学会

项目主管

综合评价

此项需求清晰，方向明确，锚护机器人的不断进步可以极大提升矿场的安全性，减少人工成本，保护劳动者，且已经有合作高校进行研发中。

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解析单位：“科创中国”智能产业科技服务团（中国自动化学会） 解析时间：2022-10-28

屈洋

中国自动化学会

项目主管

综合评价

此项需求清晰，方向明确，锚护机器人的不断进步可以极大提升矿场的安全性，减少人工成本，保护劳动者。

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处理进度