近年来我国基础工程建设能力的不断提高,加快了对地下空间和资源开发利用,但随着埋深的增加,岩爆灾害频发,对施工人员的人身安全产生威胁并造成重大经济损失。本课题来源于国家自然科学基金项目“深部巷道/隧道动力灾害物理模拟实验系统”（项目批准号:51427803）,是其支护子系统中的重要设备,通过对隧道内表面喷涂混凝土泥浆的方式,有效提高隧道围岩的强度与刚度,确保隧道项目的安全性和稳定性,减少岩爆等动力灾害的发生。针对国内外本课题相关领域的文献进行学习研究后,对本课题的研究内容进行规划。根据隧道掘进模拟系统中喷浆设备的工况要求和技术指标,设计喷浆设备的工序,并将喷浆设备工作划分为连续喷涂阶段和定点喷涂阶段,按照功能需求对喷浆设备结构进行选型和设计,整体结构包括:喷枪机构、旋转机构、支撑机构和进给机构。对其中关键的机构部分进行力学仿真分析,验证了相关机构可以满足设计和工况需求。根据喷浆设备的需求,选择相应的配套喷涂机和电机类型。本课题的核心研究内容是喷浆设备的喷枪参数对涂层的影响,为了能够提高涂层的质量,本文主要研究了喷涂喷射仰角、喷嘴长度和运动轨迹间距等因素与涂层的关系。根据喷浆设备的实际参数建立数学模型,分析喷枪参数与涂层形状的关系,通过椭圆双β分布的喷涂模型对涂层积累速率进行研究,在合理的喷枪运动速度下进行喷涂工作,才会确保涂层厚度均匀。通过Scilab软件对涂层重叠情况进行仿真分析,得到较为合理运动轨迹间距,并确定了喷枪旋转速度和行进速度的匹配关系。利用Fluent软件对喷嘴的内外流场进行仿真分析,对理论模型分析结论进行验证,并为后续实验提供帮助。根据工作需求,完成对喷浆设备的控制系统设计,并选取相应的硬件设备。建立直流伺服电机位置控制的数学模型,利用MATLAB/Simulink对控制系统仿真分析,为了提高系统的性能,选取常规PID控制作为系统的控制策略。针对前文的理论研究和验证喷浆设备的性能,搭建实验平台,进行了喷浆设备的实验研究,包括:视觉实验、弹簧变径实验、运动控制实验和喷涂实验,根据实验数据分析可知,隧道掘进模拟系统中喷浆设备满足设计要求,能够完成对隧道的喷浆支护任务。