专利名称：一种在井下透水巷道管状水域中航行避障的方法
技术领域：
本发明涉及一种在井下透水巷道管状水域中航行避障的方法。
背景技术：
井下作业巷道纵横交错、线路复杂，巷道横截面呈门框形，截面积5 Hf 9 Hf。透水之后，底部被水封住，巷道内的水质较混浊，巷道底部可能有矿车、支架、淤泥等杂物，巷道顶部间隔段距离有突出的20cm 50cm长的锚杆伸出端，巷道顶部还可能有漂浮的枕木。目前通常采用潜器式或气动迈步式等其它方式的航行装置来通行，这种航行装置操纵难度很大，避障能力不强，实用性不强。因此需要一种在狭小、黑暗及环境复杂的透水巷道中便于操纵，既可以规避坑道底部可能有的矿车、支架、淤泥等杂物又可以规避坑道顶部突出的锚杆伸出端及漂浮的枕木的避障方法，以降低航行难度，顺利到达目的地。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中存在的不足提供一种可以有效地规避巷道顶部的横向障碍、垂向障碍以及巷道底部障碍，降低航行难度，顺利到达目的地的在井下透水巷道管状水域中航行避障的方法。本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案为一种在井下透水巷道管状水域中航行避障的方法，其特征在于设置有航行装置，所述航行装置包括水密舱、非水密舱、可伸缩折倒的导向机构、水下推进机构、调整水舱系统，所述的非水密舱有两个，分别位于水密舱的前、后部；所述的导向机构设置在水密舱的顶部，所述的水下推进机构设置在水密舱左右两侧的下部；航行装置驶入水中后，启动水下推进机构，通过调整水舱系统调节航行装置以适当的正浮力使导向机构接触巷道顶部，保持在巷道内贴顶航行，当遇到横向障碍物浮在巷道顶部时，导向机构折倒而直接爬过横向障碍；当遇到顶部垂直障碍时，通过两侧的水下推进机构的差动转弯绕开障碍或通过使导向机构伸缩避开障碍；当遇到底部阻碍时， 使导向机构伸缩来减小航行装置与巷道顶部的距离，使航行装置上升直至其底部高于障碍物，从障碍物上方顺利通过。按上述技术方案，所述航行装置的水密舱内设置有驾驶室、控制系统、电力系统，导向机构、水下推进机构、调整水舱系统均由控制系统控制，电力系统为水密舱、导向机构、水下推进机构、调整水舱系提供电能。按上述技术方案，所述的导向机构包括气缸，气缸的下端通过扭力弹簧与水密舱顶部铰接；所述的气缸的无杆腔通过进气口与气瓶连接，气缸的有杆腔内设有压缩弹簧；所述的压缩弹簧的一端与有杆腔的顶部连接，压缩弹簧的另一端与活塞杆的下端连接；所述的活塞杆的上端设有导向轮。按上述技术方案，所述导向机构有两个，分别位于水密舱的顶部的前、后两侧。按上述技术方案，所述水下推进机构由两个直流无刷电动水下推进器组成，分别位于水密舱左右两侧的中下部；所述的直流无刷电动水下推进器采用电机-螺旋桨推进方式，且螺旋桨具有防泥沙功能的导流罩。按上述技术方案，所述调整水舱系统包括四个压载水舱，对称布置在水密舱左右两侧的上部。
按上述技术方案，所述的水密舱内设有用于航行员与地面进行语音通话的通讯系统，通讯系统的通讯缆选用密度大于水的可沉底的光缆。按上述技术方案，在水密舱内配有闭路循环式正压氧气呼吸器、救援备品箱、软体氧舱、小型电子罗盘和深度计。按上述技术方案，所述航行装置内布置有图像声纳和潜水型红外摄像前端。按上述技术方案，所述航行装置还配置有便携式气体分析仪。 本发明所取得的有益效果为
1、以适当的正浮力使导向机构接触巷道顶部，保持在巷道内贴顶航行的方法，避开了巷道中部可能悬浮的电缆、杂质、横向枕木、锚杆和巷道底部可能有的矿车、支架、淤泥等杂物，选择了障碍物相对较少的航区，降低了驾驶操纵难度，在管道状水域行驶具备较高的可靠性，同时由于顶部区域障碍物相对较少，安全性可靠性较高；
2、通过水下推进器和顶部导向装置可实现避障功能；
3、通讯缆选用密度大于水的可沉底的光缆，可避免装置返回时缠绕螺旋桨；
4、装置前、后两端都有图像声纳和潜水型红外摄像前端，可实现双向运动的探测导航功能；
6、本方法可通过配备救援备品箱和小型化软体氧舱来实施救援，可为遇险人员提供呼吸器、食品和饮用水等生命必需品和营养品；
7、配备便携式气体分析仪可探测分析井下C0、H2S、瓦斯、02等主要有害气体成分和含量。8、本发明可实现在透水巷道中有效规避障碍物顺利穿行的能力，可实现矿难时井下施救，降低遇险人员搜索营救难度，保障航行装置顺利到达待救区域实施救援。
图I为航行装置侧视示意图。图2为导向机构的结构示意图。图3为规避横向障碍实施例示意图。图4为规避顶部垂向障碍实施例示意图。图5为规避底部障碍实施例示意图。附图中1、导向机构，2、水下推进机构，3、图像声纳，4、潜水型红外摄像前端，5、调整水舱系统，6、活塞杆,7、导向轮,8、压缩弹簧,9、扭力弹簧，10、气缸、11、气瓶、12、横向障碍物，13、巷道顶部，14、水密舱顶部，15、驾驶室，16、非水密舱，17、通讯缆，18、放缆机构，
19、救援备品箱，20、出入舱通道，21、蓄电池。
具体实施例方式下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式
如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系，各部分的作用及工作原理，作进一步详细的说明。如图I所示，本发明实施过程中所涉及到的航行装置，它包括有水密舱、非水密舱16，所述的水密舱内配置有驾驶室15 ;所述的非水密舱16有两个，分别位于水密舱的前、后部；在水密舱的顶部设有可伸缩折倒的导向机构1，在水密舱的两侧设有水下推进机构2，在水密舱的前、后端均设有图像声纳3、潜水型红外摄像前端4，在水密舱上配置有调节航行装置的纵向平衡和浮力大小的调整水舱系统5，在水密舱内配置有控制系统、电力系统，所述电力系统包括配电箱和动力电池等，蓄电池21布置在水密舱的中下方。导向机构I、水下推进机构2由控制系统控制，电力系统为水密舱、顶部导向机构I、水下推进机构2、调整水舱系5提供电能。 在水密舱顶部的中纵线上首尾各安装有I个导向机构1，如图2所示，导向机构I包括气缸10、活塞杆6、导向轮7、压缩弹簧8、扭力弹簧9、气瓶11及其管路组成，气缸10的下端通过扭力弹簧9与水密舱顶部14相铰接，所述的气缸10的无杆腔通过进气口与气瓶11连接；所述的压缩弹簧8置于气缸10的有杆腔内，且压缩弹簧8的一端与有杆腔的顶部连接，压缩弹簧8的另一端与活塞杆6的下端套接；所述的导向轮7置于活塞杆6的上端。所述的气瓶22采用碳纤维，压力3MPa，容积3L 9L，存放在水密舱内。导向机构I主要用于航行装置在水下贴顶航行的导向作用，其具备可升缩和折倒的功能。升缩结构是为减小或增加航行装置与巷道顶部之间的距离，便于航行装置通过坑道下方的矿车或巷道顶部垂直的锚杆；折倒结构是为避开横在巷道顶部的枕木或较大型障碍物12。航行装置正常运动时，气缸10放气，弹簧松弛，导向机构I高35cm 40cm，保持较短的状态，在此状态可通过20cm锚杆；当需要通过50cm高的锚杆时，进气压缩弹簧8，导向机构I伸长，全部伸出时约55cm，避免航行装置碰到锚杆；如遇到横在巷道上方的枕木或较大横向型障碍物12时，导向机构I可折倒一定角度跨越过障碍物，然后在扭力弹簧9作用下复位。所述水下推进机构2由2个直流无刷电动水下推进器组成，分别位于水密舱左右两侧的中下部；所述的直流无刷电动水下推进器采用电机-螺旋桨推进方式，且螺旋桨带具有防泥沙功能的导流罩。水下推进机构用于实现航行装置在水下前进、倒车、转弯、停车等动作。每套直流无刷电动水下推进器主要由推进电机、螺旋桨、固定轴、导流罩、电子控制单元、外接连接器、外壳体及安装部件等组成。推进电机采用永磁直流无刷电机，电机的转子和螺旋桨设计为一体，电机磁钢安装在转子轮缘上，转子安装在电机轴上，可以绕轴自由转动。电子控制单元安装在水密舱内，由计算机进行控制。遇到顶部垂向障碍(如锚杆)时，还可以通过2套直流无刷电动水下推进器的差动转弯绕开障碍。水下推进机构设置双向推进功能，回行时无需掉头。调整水舱系统5可以调节航行装置的纵向平衡和浮力大小。航行装置运动时允许其以小角度的倾斜，并具有O 20kg的正浮力。该系统由水密舱首、尾部的四个压载水舱及其管路等组成。每个压载水舱净容积约20L，对称布置在水密舱外部两侧。每个压载水舱底部设有格栅进水口，首、尾组左右压载水舱的上部各自用空气管并联，且装有手动阀，由驾驶员手操。如需调整航行装置的浮力大小，则进水量的多少根据观察深度计的数值用开、关阀的开度来进行调节；压载水舱顶部均装有吹除管路，可以调节航行装置的纵向平衡和浮力，根据纵倾仪的数值通过进排水来调整航行装置的纵向平衡。
在航行装置上设有观察窗和出入舱通道20。所述水密舱的顶部的出入舱通道20配置耐压水密盖。所述的航行装置内还可设有用于航行员与地面进行语音通话的通讯系统，所述通讯系统由对讲设备和手持式扩音机等组成。对讲设备用于航行员与地面进行语音通话，主要包括地面电话、艇内电话、水密接插件、通讯缆17、放缆机构18等。通讯系统的通讯缆17选用密度大于水的可沉底的光缆，可避免装置返回时缠绕螺旋桨。手持式扩音机用于航行员在搜救遇险人员时出舱喊话。在非水密舱16的前端和后端分别安装I套图像声纳3和潜水型红外摄像前端4，图像声纳3主要用于探测水下航路中的障碍物，为航行装置安全航行提供保障。潜水型红外摄像前端4(装置顶部前、后端各I个)、控制器等。其中红外摄像前端4在光照大于ILUX时，提供彩色图像；光照小于ILUX时，提供黑白图像，通过红外辅助灯红外摄像前端4可在漆黑的井下看清15米范围内的物体。该系统可在矿井中水面状态时观察周围情况，为井下搜索提供保障，也可在水中航行时使用，作用距离受水质的限制，若水质清澈，可看清2米 内物体，若水质混浊，可看清I米内物体。系统显示集成在显控台上。如图3、4、5所示，上述航行装置在在井下透水巷道管状水域中航行避障的方法为航行装置驶入水中后，启动水下推进机构2，通过调整水舱系统5调节航行装置以适当的正浮力使导向机构I接触巷道顶部13，保持在巷道内贴顶航行，当遇到横向障碍12 (如枕木)浮在巷道顶部时，导向机构I折倒而直接爬过横向障碍12 ;当遇到顶部垂直障碍(如锚杆)时，通过两侧的水下推进机构2的差动转弯绕开障碍或通过导向机构2的伸缩来避开障碍；当遇到底部阻碍(如坑道下方的矿车)时，使导向机构伸缩来减小航行装置与巷道顶部的距离，使航行装置上升直至其底部高于障碍物，从障碍物上方顺利通过。本方法还可以在发生矿难时用于井下救援，如在航行装置的驾驶室内还可配有闭路循环式正压氧气呼吸器、救援备品箱19、软体氧舱、电子罗盘和深度计。所述的闭路循环式正压氧气呼吸器为航行员的生命支持提供保障；救援备品箱和软体氧舱，可为遇险人员提供呼吸器、食品和饮用水等生命必需品和营养品；所述的电子罗盘主要用于粗略测定磁航向，航向显示集成在显控台上；所述的深度计包括压力传感器，将深度显示集成在驾驶室的显控台上，另在显控台上设有超工作深度警示。水密舱内还可配备便携式气体分析仪，以探测分析井下C0、H2S、瓦斯、氧气等主要有害气体成分和含量。水密舱内安装有集中操纵、显示、控制台，供救援人员操控。水密舱内的功能区可存放3个救援备品箱，也可用来搭载需要紧急送到安全地带救助的人员。
权利要求
1.一种在井下透水巷道管状水域中航行避障的方法，其特征在于设置有航行装置，所述航行装置包括水密舱、非水密舱、可伸缩折倒的导向机构、水下推进机构、调整水舱系统，所述的非水密舱有两个，分别位于水密舱的前、后部；所述的导向机构设置在水密舱的顶部，所述的水下推进机构设置在水密舱左右两侧的下部；航行装置驶入水中后，启动水下推进机构，通过调整水舱系统调节航行装置以适当的正浮力使导向机构接触巷道顶部，保持在巷道内贴顶航行，当遇到横向障碍物浮在巷道顶部时，导向机构折倒而直接爬过横向障碍；当遇到顶部垂直障碍时，通过两侧的水下推进机构的差动转弯绕开障碍或通过使导向机构伸缩避开障碍；当遇到底部阻碍时，使导向机构伸缩来减小航行装置与巷道顶部的距离，使航行装置上升直至其底部高于障碍物，从障碍物上方顺利通过。
2.根据权利要求I所述的一种在井下透水巷道管状水域中航行避障的方法，其特征在于所述航行装置的水密舱内设置有驾驶室、控制系统、电力系统，导向机构、水下推进机构、调整水舱系统均由控制系统控制，电力系统为水密舱、导向机构、水下推进机构、调整水舱系提供电能。
3.根据权利要求I或2所述的一种在井下透水巷道管状水域中航行避障的方法，其特征在于所述的导向机构包括气缸，气缸的下端通过扭力弹簧与水密舱顶部铰接；所述的气缸的无杆腔通过进气口与气瓶连接，气缸的有杆腔内设有压缩弹簧；所述的压缩弹簧的一端与有杆腔的顶部连接，压缩弹簧的另一端与活塞杆的下端连接；所述的活塞杆的上端设有导向轮。
4.根据权利要求3所述的一种在井下透水巷道管状水域中航行避障的方法，其特征在于所述导向机构有两个，分别位于水密舱的顶部的前、后两侧。
5.根据权利要求I或3所述的一种在井下透水巷道管状水域中航行避障的方法，其特征在于所述水下推进机构由两个直流无刷电动水下推进器组成，分别位于水密舱左右两侧的中下部；所述的直流无刷电动水下推进器采用电机-螺旋桨推进方式，且螺旋桨具有防泥沙功能的导流罩。
6.根据权利要求I或3所述的一种在井下透水巷道管状水域中航行避障的方法，其特征在于所述调整水舱系统包括四个压载水舱，对称布置在水密舱左右两侧的上部。
7.根据权利要求I或3所述的一种在井下透水巷道管状水域中航行避障的方法，其特征在于所述的水密舱内设有用于航行员与地面进行语音通话的通讯系统，通讯系统的通讯缆选用密度大于水的可沉底的光缆。
8.根据权利要求I或3所述的一种在井下透水巷道管状水域中航行避障的方法，其特征在于在水密舱内配有闭路循环式正压氧气呼吸器、救援备品箱、软体氧舱、小型电子罗盘和深度计。
9.根据权利要求I或2所述的一种在井下透水巷道管状水域中航行避障的方法，其特征在于所述航行装置内布置有图像声纳和潜水型红外摄像前端。
10.根据权利要求I或2所述的一种在井下透水巷道管状水域中航行避障的方法，其特征在于所述航行装置还配置有便携式气体分析仪。
全文摘要
本发明公开了一种在井下透水巷道管状水域中航行避障的方法，其特征在于设置有航行装置，所述航行装置包括水密舱、非水密舱、可伸缩折倒的导向机构、水下推进机构、调整水舱系统，航行装置驶入水中后，启动水下推进机构，通过调整水舱系统调节航行装置以适当的正浮力使导向机构接触巷道顶部，保持在巷道内贴顶航行。本发明选择了障碍物相对较少的航区，降低了驾驶操纵难度，在管道状水域行驶具备较高的可靠性，同时由于顶部区域障碍物相对较少，安全性可靠性较高。
文档编号B63C11/52GK102963512SQ20121047032
公开日2013年3月13日 申请日期2012年11月20日 优先权日2012年11月20日
发明者葛萌萌, 祝海勇, 王威, 陈将涛, 许东辉 申请人:中国舰船研究设计中心