CN102616354A - 矿难水下救援微型潜艇 - Google Patents

Abstract

一种矿难水下救援微型潜艇，在冲锋舟、机器人，蛙人、橡皮艇…无法进入渗水通道之前及时到达救援现场，潜艇采用高强度骨架和轻型抗压材料组成，潜艇分为驾驶舱、救援物资舱、底部减重舱三部分，采用电池供电，具有行驶、转弯、升降功能，为了在漆黑如墨的井道行驶采用超声波雷达，可以人工或自动导航方式使潜艇安全行驶于井道的中间通道内；声纳图像传感器、红外夜视仪和液晶(或其它)显示器使漆黑的井道变成“光明”，潜艇驾驶员可以在深水里清晰的看到井道周围状况，及时发现、搜救遇难人员，大大提高搜救效率，给被救人员赢得最佳、最快的抢救时间和机会；采用声纳发射仪和接收仪，保持与井下遇难人员、矿上指挥部门的通讯联络；为了保证潜艇操作人员的安全，当潜艇的电池电能耗尽时，可以转换成人工脚踏方式驶出井道外；本微型潜艇也可以用于河流、水库救援。

Description

矿难水下救援微型潜艇

所属技术领域

本发明涉及一种水下潜艇，尤其涉及一种矿难水下救援微型潜艇。

技术背景

2010年3月28日山西王家岭煤矿发生特大渗水矿难事件，事故井下153名人员被困，38人遇难，115人获救，矿难搜救耗资超1亿。这是近几年不断发生的矿难迄今最触目惊心的一例。

矿难立即引起国家领导人高度重视，由国家安监局局长亲赴现场指挥抢险搜救，历时30天，于4月26日最后一名被困人员的遗体找到，事故抢险救援工作基本结束。其间动用冲锋舟、蛙人、机器人，都因为渗水淹埋井道顶部，现场复杂，无功而返。还是采用大功率水泵抽水降低水位等基本办法，降低了水位，使橡皮艇能够进入，之前9天时间没有一个遇难人员救出，直到4月5日才有9人救出。耗时、耗力终于115人获救38人遇难尸体找到。

为什么中国近几年矿难频发，世界罕见，有关部门正在司法调查，但归根结底，中国矿难频发的根本原因在于干部，特别是煤矿领导干部，和从上到下层层主管安检的领导部门，不从源头查起，则矿难不已。这些是政府管理方面的问题，自有有关职能部门去调查解决。另一方面也反映了救援措施欠缺，救援设备、仪器的落后，比如，1、通讯联络落后，无法与深井里受困的人员取得联系，直到到4月2日听到有井下发出的敲击声，才知道有“生命现象”。2、由于无线电、手机网络及其它通讯工具在深水里已经失去作用，在充满如“墨汁”一样伸手不见五指的煤水中，灯光失去照明作用，渗漏的水已经掩埋整个井下，冲锋舟、蛙人都无法进入，所谓“机器人”救援的高科技在现场面前也只能作秀，还是采用了最原始有效的多路大功率泵日以继夜加紧抽水，给橡皮艇留出进入的空间，才救出遇难人员。

是不是没有有效的水下救援设备、通讯仪器以及针对矿难水下救援的系列技术呢？本发明就此提出、研发了以下方案。

发明内容

一种矿难水下救援微型潜艇，在冲锋舟、机器人，蛙人、橡皮艇…无法进入渗水通道之前及时到达救援现场，潜艇采用高强度骨架和轻型抗压材料组成，潜艇分为驾驶舱、救援物资舱、底部减重舱三部分，采用电池供电，具有行驶、转弯、升降功能，为了在漆黑如墨的井道行驶采用超声波雷达，可以人工或自动方式使潜艇安全行驶于井道的中间通道内；声纳图像传感器、红外夜视仪和液晶(或其它)显示器使漆黑的井道变成“光明”，潜艇驾驶员可以在深水里清晰的看到井道周围状况，及时发现、搜救遇难人员，大大提高搜救效率，给被救人员赢得最佳、最快的抢救时间和机会；采用声纳发射仪和接收仪，保持与井下遇难人员、矿上指挥部门的通讯联络；为了保证潜艇操作人员的安全，当潜艇电池电能耗尽时，可以转换成人工脚踏方式驶出井道外；本微型潜艇也可以用于河流、水库救援。

本发明的技术方案是：

1、采用声纳水下通讯方式。声纳(sonar)是水下通讯最好的通讯仪器，广泛用于军事水下监视，如潜艇、舰艇，通讯距离10到100公里甚至数千公里范围，作为一般矿难水下救援或河流、水库搜救绰绰有余，现在有各种各样作用距离、适合各种现场条件下的声纳仪器，也可以研制专用于矿井水下通讯的声纳发射仪和接受仪，把声纳发射仪配备到井下矿工、矿队，声纳接受仪在井上；主动式声纳发射仪可以每个矿工随同矿灯一起配备，被动式声纳发射就是直接在水下敲击两根金属棒就会发出声音信号。由于声纳发射、接受仪都是在潜在水下工作，所以不会引起瓦斯爆炸。

2、水下救援微型潜艇。该潜艇体积小，适合于矿井发发生渗水事故用，其体积可以分大、中、小几类。如同轿车、面包车或者其它更大的车型，与军事潜艇和观光潜艇不可相比。可容纳1、2人和救生服、呼吸器等物资，体积大的可以装更多的搜救设备和救援物资等。

3、微型潜艇采用轻型高强度骨架构成，外壳可用铝型板材、树脂材料、工程塑料、玻纤等轻型材料，潜艇分为三个舱，头部为驾驶舱，供驾驶员操作行驶，头部采用厚型亚克力材料做成透明窗，以供驾驶员观察外部情况；潜艇尾部是物资舱，用于装载救生物资，如救生服、氧气瓶、必备的救援工具等；由于潜艇装载有驾驶员、救援物资以及自身的重量，使得潜艇难以浮在矿井渗水通道的中部行驶，因此潜艇底部作为减重舱，其内部采用充满空气的橡皮垫，使潜艇上浮，抵消潜艇的下沉，三个舱空气隔离，互不透水。

4、动力、行驶、姿态控制。采用电池作为动力，电池组处于潜艇中部重心位置，潜艇采用电动螺旋桨驱动，螺旋桨安装于尾部。在潜艇最尾端有转弯舵，在电气或者机械连杆操纵下使潜艇左转、右转运行；在潜艇头部外壳左右两侧装有升降舵，控制升降舵叶片的角度使潜艇在行驶途中顺着矿井通道作升降调节，当潜艇到达救援地时，为了使潜艇浮出水面，还在驾驶舱外侧安装有2个垂直升降电动涡轮式驱动装置，工作时向下喷水即使潜艇上升浮出水面，类似于垂直起落战斗机的功能，在潜艇前端安置节能型探照灯，如LED探照灯，潜艇的前后、左右、上下部位都安置红色闪亮警示灯，提示被救人员，警示在漆黑的井下本潜艇与其它潜艇的误撞。长波长的红光仍然是水下醒目的光源。

5、传感器、探测器、显示器

1)超声波测距仪。由于矿难时电力照明已经被切断，处于漆黑的矿井下，煤矿的渗水更黑如墨汁，使潜艇被四周的“墨汁”所包围，灯光照明基本失去作用，无法像军事潜艇、观光潜艇可用海底礁石、鱼类作参照物，操作员无法判断自己所处的位置，很容易撞击到井道的左右壁、顶部或底部，造成潜艇损坏，因此在潜艇的头、顶、底部、左右两端各安置超声波雷达测距传感器，可以人工或者自动保证潜艇安全行驶于井道的中间通道内。

2)声纳图像扫描传感器、红外线图像传感器、图像显示器。

在黑如墨汁的井道内，无法靠灯光寻找遇难人员，只有采用声纳图像扫描传感器探测发现矿难人员，现在已经有各种高、中分辨率的声纳图像传感器，甚至彩色声纳图像传感器，工作时不会受到水的影响；而红外线图像传感器(红外夜视仪)可以发现有“生命迹象”的遇难人员，可以在潜艇的头部、底部、潜艇左右两侧分别安装，操作舱内安装液晶显示器，使声纳图像扫描传感器、红外线图像传感器与之连接，使漆黑的井道变成“光明”，潜艇驾驶员可以在深水里清晰的看到井道周围状况、及时发现、搜救遇难人员。

6、潜艇自身安全措施。

1)为了保证潜艇驾驶员的安全，本潜艇在电池电能耗尽时，可以转换成人工脚踏方式驶出井道外，如同现在广泛使用的电动自行车一样。

2)潜艇自身有一定的空气可以保证驾驶员在相当时间内的呼吸，驾驶员进入潜艇工作时，要准备好救生衣、呼吸器，声纳通讯器材等。当驾驶舱内的空气用完时，驾驶员可以打开驾驶舱弃舱而逃。

3)所有传感器、显示器、电气元件都采用防水型、防爆型电气元部件、电气连接线。

本发明的有益效果是：

1、采用微型潜艇。在井下爆发矿难，渗水已经淹没井下通道顶部的情况下，现有救援设备、救援仪器如冲锋舟、机器人，蛙人、橡皮艇无法进入救援现场，立即抓紧采用多路大功率潜水泵抽水是首选方案，同时组织多艘微型潜艇不受渗水影响立即潜入深水，能够迅速、直接、及时到达搜救现场，大大缩短进入时间，使被困、受伤人员尽快逃离遇难现场，转危为安，大大减少人员的伤亡，争取到最佳、最快的抢救时间和机会，大大降低搜救成本，以及社会付出的救援代价。如果“3.28”山西王家岭煤矿发生特大渗水矿难事件，采用井下微型潜艇救援方案，及时调拨数艘“水下救援微型潜艇”，则事故井下153名矿难人员估计可以1、2天内全部救出。而本次王家岭煤矿发生特大渗水矿难事件，前9天时间内没有一个遇难人员救出，被困人员以及他们的家属倍受煎熬，全体社会为之揪心！国家动员了大量的社会力量，参与的救援队伍、医疗部门和各级相关政府、职能部门废寝忘餐、日夜鏖战，用了一个月时间，耗资上亿。而如果不采用切实可行的救援方案、救援措施、救援装备和高科技救援仪器，今后还可能发生多次类似矿难，重蹈覆辙，将还会付出更大的代价。

长期以来，我国在军用潜艇方面取得了很大成就，把军用技术引进来变为民用将是一个创举！

2、采用声纳水下通讯方式，声纳无疑是水下最好的通讯方式，应该研制矿井水下专用的声纳发射仪和接收仪，或者微型声纳发射仪、接受仪，并配备到井下矿工、矿队，如同每个矿工的矿灯一样一起配备，保持与井下遇难人员、矿上指挥部门的通讯联络。由于声纳发射、接受仪都是在潜在水下工作，所以不会引起瓦斯爆炸，其安全性得到保证。没有一个有效、实用的水下通讯设备，必然给水下救援带来困难，延误救援时间。

3、本水下救援微型潜艇采用电池作动力能源，可容纳1、2人以及救生服、呼吸器等物资，体积大的可以装更多的救援设备和抢救物资，同时具有转弯、升降操作基本运行功能，遇难人员在得到救生服、呼吸器后可以自行游到矿井出口，也可以随潜艇带出来，还可以在第二艘潜艇进来时一起带出来，接连不断，很快带出全体遇难人员。

4、微型潜艇配备超声波雷达测距传感器，可以人工或者自动导航保证潜艇安全行驶于井道的中间通道内。配备LED探照灯，潜艇的前后、左右、上下部位安置红色闪亮警示灯，提示被救人员，警示本潜艇与其它潜艇的行驶安全，不会发生碰撞。

5、声纳图像扫描传感器、红外线图像传感器、图像显示器，使漆黑的井道变成“光明”，潜艇驾驶员可以在深水里清晰的看到井道周围状况、发现和搜救遇难人员。

6、为了保证潜艇操作人员的安全，本潜艇在电池电能耗尽时，可以转换成人工脚踏方式驶出井道外。

7、体积小，成本低，企业能够承受配置，所配备的传感器、图像传感器、液晶显示器(或其它显示器)可以市场提供，也可以根据矿难救援微型潜艇研制专用、微型化仪器。

8、本微型潜艇也可以用于河流、水库救援，以及水下观光用。

附图说明：

图1是矿难水下救援微型潜艇的正视图，其中，1-救援物资舱，2-驾驶舱，3-减重舱，4-平衡尾翼，5-升降舵，6-螺旋桨，10-超声波雷达，12-探照灯，13-声纳发射器、接收器，15-声纳图像传感器，17-图像显示器，18-隔板，19-垂直升降引擎，20-脚踏板，21-驱动电机，22-电池组，23-充气垫，24-警示灯，28-转弯舵，29-红外线图像传感器，30-密封盖板。

图2是矿难水下救援微型潜艇俯视图，其中，4-平衡尾翼，5-升降舵，10-超声波雷达，12-探照灯，15-声纳图像传感器，19-垂直升降引擎，24-警示灯，25-扶手，26-钢化有机玻璃，27-骨架，29-红外线图像传感器。

具体实施方式：

图1中，1)微型潜艇采用轻型高强度骨架构成，外壳可用铝型板材、树脂材料、工程塑料、玻纤等轻型材料，潜艇分为三个舱，头部为驾驶舱(2)，供驾驶员操控行驶用，头部采用厚型亚克力材料、钢化有机玻璃做成透明窗，以供驾驶员观察；潜艇尾部为救援物资舱(1)，用于装载救生物资，如救生服、氧气瓶、必备的救援工具等；由于潜艇装载有驾驶员、救援物资加上自身的重量，使得潜艇难以浮在矿井渗水通道的中部行驶，因此潜艇底部为减重舱(3)，其内部采用充满空气的橡皮充气垫(23)，使潜艇上浮，抵消潜艇重量所产生的下沉，三个舱由隔板(18)空气隔离，互不透水；平衡尾翼(4)安装在潜艇尾部。

2)电池组(22)处于潜艇中部重心位置，潜艇采用电动螺旋桨驱动，螺旋桨(6)安装于尾部，螺旋桨(6)与驱动电机(21)连接；在潜艇最尾端有转弯舵(28)，在电气或者机械连杆操纵下使潜艇左转、右转推进；在驾驶舱外的左右两侧安装升降舵(5)，控制升降舵(5)叶片角度使潜艇顺着矿井通道作上下行驶；当潜艇到达救援地时，为了使潜艇浮出水面，还在潜艇头部安装两个电动垂直升降引擎(19)，工作时向下喷水即使潜艇上升浮出水面；在潜艇前、尾端安置节能型探照灯(12)，潜艇的前后、左右、上下部位安置红色闪亮警示灯(24)提示被救人员，警示在漆黑的井下本潜艇与其它潜艇的误撞；

3)在潜艇头部、顶部、底部、潜艇左、右侧分别安装超声波雷达(10)，可以在漆黑的井下人工或者自动导航，保证潜艇安全行驶于井道的中间通道内。

4)声纳发射器、接收器(13)位于潜艇底部，为的是当潜艇浮出水面时声纳仍然可以在水里发射、接受声纳信号；声纳发射器、接收器(13)可以上下伸缩，平时上升藏入潜艇内部，潜艇下水后向下伸出来工作，声纳发射器、接收器(13)还可以正向、反向旋转，以保证360°全方位清晰地搜索、发射声纳信号。

5)在潜艇头部、左、右两侧分别安装一只声纳图像传感器(15)，3只声纳图像传感器都可以在一定范围内左右、上下偏转，以大幅度扫描潜艇周围的井道，搜寻遇难人员。

6)红外线图像传感器(29)有3只，分别安装在潜艇头部、左侧、右侧，图像显示器(17)位于驾驶员前面的电气控制盘上，所有声纳图像传感器和红外线图像传感器(29)与图像显示器(17)电气连接，显示各自传送来的图像信息，使漆黑的井道变成“光明”，以便驾驶员可以在深水里清晰的看到井道周围状况、及时发现、搜救遇难人员。

7)、人工脚踏方式运行。当潜艇电池电能耗尽时，驾驶员可以采用脚踏板(20)驶出井道外，脚踏板(20)平时藏入驾驶舱(2)的下面，一旦需要人工脚踏方式运行时，先打开脚踏板(20)下面的密封盖板(30)，使脚踏板(20)向下落入水中即可，密封盖板(30)在驾驶舱(2)底部中间位置。

图2中，微型潜艇头部骨架(27)上面的外壳采用钢化有机玻璃(26)，使驾驶员可以上下左右全方位进行观察，驾驶舱外安装有超声波雷达(10)、声纳图像传感器(15)，左右LED探照灯(12)，升降舵(5)、垂直升降引擎(19)，工作时向下喷水即使潜艇上升浮出水面；头上安装有一只红外线图像传感器(29)扫描前端范围，警示灯(24)安装于潜艇左右两侧；

潜艇中部、左、右两侧还各安装一只红外线图像传感器(29)，在左、右两边各安装一只声纳图像传感器(15)，上部、左、右各安装1只超声波雷达(10)；

潜艇尾部及左右两侧各有2只警示灯(24)，左右两侧的平衡尾翼(4)和最尾端警示灯(24)、探照灯(12)。

扶手(25)安装于潜艇两侧，由于微型潜艇体积小，不能够装载较多遇难人员返回地面，遇难人员在得到呼吸器、救生衣和腰带后可以扶着扶手(25)，甚至把腰带的挂钩挂在扶手(25)栏杆上，靠潜艇带动返回地面，救援物资舱(1)的物资发给遇难人员后，其空间只可以装载受伤人员。

所有传感器、显示器、电气元件都采用防水型、防爆型电气元部件、电气连接线。

Claims (4)

1.一种矿难水下救援微型潜艇，采用轻型高强度骨架构成，外壳可用铝型板材或树脂材料、工程塑料、玻纤等轻型材料，其特征在于：潜艇分为三个舱，头部为驾驶舱(2)，采用钢化有机玻璃做成透明窗；潜艇尾部为救援物资舱(1)，底部为减重舱(3)，减重舱(3)的内部采用充满空气的橡皮充气垫(23)，三个舱由隔板(18)相互隔离，互不透水；平衡尾翼(4)安装在潜艇尾部，电池组(22)处于潜艇中部重心位置，潜艇采用电动螺旋桨驱动，螺旋桨(6)安装于尾部，螺旋桨(6)与驱动电机(21)连接；在潜艇最尾端有转弯舵(28)，由电气或者机械连杆操纵下使潜艇左转、右转推进；在驾驶舱外的左右两侧安装升降舵(5)，驾驶舱外侧安装有两个电动垂直升降引擎(19)，在潜艇前、尾端安置节能型探照灯(12)，潜艇的前后、左右、上下部位安置红色闪亮警示灯(24)，

在潜艇头部、顶部、底部、潜艇左、右侧分别安装超声波雷达(10)，

声纳发射器、接收器(13)位于潜艇底部，声纳发射器、接收器(13)可以上下伸缩，平时上升藏入潜艇内部，潜艇下水后向下伸出来工作，声纳发射器、接收器(13)可以正向、反向旋转，

潜艇头部、左、右两侧分别安装1只声纳图像传感器(15)，3只声纳图像传感器都可以左右、上下偏转，

三只红外线图像传感器(29)分别安装在潜艇头部、左侧、右侧，图像显示器(17)位于驾驶员前面的电气控制盘上，所有声纳图像传感器和红外线图像传感器与图像显示器(17)电气连接，显示各自传送来的图像信息。

2.根据权利要求1所述的矿难水下救援微型潜艇，其特征在于：脚踏板(20)位于驾驶舱(2)的下面，其下面为密封盖板(30)，密封盖板(30)在驾驶舱(2)底部中间位置。

3.根据权利要求1所述的矿难水下救援微型潜艇，其特征在于：扶手(25)安装于潜艇两侧。

4.根据权利要求1所述的矿难水下救援微型潜艇，其特征在于：所有传感器、显示器、电气元件都采用防水型、防爆型电气元部件、电气连接线。

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