本发明专利技术公开一种海底采矿车沉陷探测及主动脱困装置与方法，装置包括沉陷探测预警装置和主动脱困装置；所述沉陷探测预警装置安装于采矿车每个行走履带的左右两侧，所述沉陷探测预警装置用于测量其与行走履带下端的距离，主动感知行走履带与海底沉积物的接触状况；所述主动脱困装置包括主动交互注浆系统，所述主动交互注浆系统连通有多个智能转向伸缩型注浆头，多个智能转向伸缩型注浆头分布于采矿车每个行走履带的左右两侧。该装置可自动探测海底复杂环境，结合现有注浆技术与注浆材料，可实现自动注浆脱困，有效的解决了承载力不足引起的倾斜、沉陷被困问题以及可能陷于低洼等地形不能顺利通过等问题，提高了采矿车自适应行驶能力。能力。能力。
【技术实现步骤摘要】
一种海底采矿车沉陷探测及主动脱困装置与方法
[0001]本专利技术涉及海洋工程深海采矿装备
，具体涉及一种海底采矿车沉陷探测及主动脱困装置与方法。
技术介绍
[0002]随着工业化发展及矿产资源消耗，陆地矿产资源减少，丰富的海洋矿产资源开始受到人们的注意。我国在太平洋C
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C区约7.5万km2的多金属结核资源专属区拥有4.2亿吨的干结核量，预计可形成年产300万吨干结核、开采周期20年的深海产业。其中，发展深海矿产资源开采设备在深海资源竞争中具有重大意义。
[0003]由于海底矿产资源的特征及赋存条件各异，主要赋存在4000
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6000m的海底平原上。与一般陆地条件有很大的区别，主要表现在，底质稀软，承载能力很低，对扰动极为敏感，一次扰动强度有可能降低80%；沉积物颗粒极细，内摩擦角几乎为零。而且，深海平原也不是完全平坦的，也存在低洼、坑陷。目前国内外普遍认可履带式水力采矿车。作为深海采矿系统的核心部分，集矿车必须在稀软底质床面上稳定行走。
[0004]这些情况都导致了履带式自行采矿车在海底沉积物上行走作业时，可能会由于承载力不足，发生倾斜、沉陷及被困无法行走等情况，或者采矿车陷于低洼等地形中，一旦采矿车发生这种情况不能自动脱困，采矿作业就会中断，采矿系统便会瘫痪，需要母船付出极大的代价，造成巨大的损失，才能助其脱困。现有脱困装置结构复杂，步骤繁多，使用时故障率高且受环境影响较大，难以实现却效果不理想；同时现有脱困装置没有与注浆工艺相结合进行自救的例子。因此，急需一种结合较为成熟的、高效的主动注浆自救脱困装置及方法，以提升采矿车海底稀软底质自适应行驶能力，最终满足实际海底采矿作业需求。
技术实现思路
[0005]本专利技术的目的是提供一种海底采矿车沉陷探测及主动脱困装置与方法，该装置可自动探测海底复杂环境，结合现有注浆技术与注浆材料，可实现自动注浆脱困，有效的解决了承载力不足引起的倾斜、沉陷被困问题以及可能陷于低洼等地形不能顺利通过等问题。
[0006]一种海底采矿车沉陷探测及主动脱困装置，包括沉陷探测预警装置和脱困装置；所述沉陷探测预警装置安装于采矿车每个行走履带的左右两侧，所述沉陷探测预警装置用于测量其与行走履带下端的距离，主动感知行走履带与海底沉积物的接触状况；所述脱困装置包括主动交互注浆系统，所述主动交互注浆系统连通有多个智能转向伸缩型注浆头，多个智能转向伸缩型注浆头分布于采矿车每个行走履带的左右两侧。
[0007]优选的，所述智能转向伸缩型注浆头设置有转动机构，所述转动机构连接有水平伸缩机构，所述水平伸缩机构连接有竖直伸缩机构。
[0008]优选的，所述主动交互注浆系统包括AB混合浆混合输送器，所述AB混合浆混合输送器的进料口连通有A型浆液储箱和B型浆液储箱，所述AB混合浆混合输送器的出料口与智能转向伸缩型注浆头连通。
[0009]优选的，所述AB混合浆混合输送器为多个，每个AB混合浆混合输送器对应连通一个智能转向伸缩型注浆头。
[0010]优选的，所述A型浆液储箱和B型浆液储箱分别位于采矿车的两个不同的行走履带上，每个浆液储箱的左、右两侧均安装多个AB混合浆混合输送器。
[0011]优选的，所述A型浆液储箱顶部连通有A型浆液混浆输送泵，所述A型浆液储箱的左、右两侧连通有多个A型浆液注浆输送泵，每个A型浆液注浆输送泵均连通一个A箱侧混合浆混合输送器；所述B型浆液储箱顶部连通有B型浆液混浆输送泵，所述B型浆液储箱的左、右两侧连通有多个B型浆液注浆输送泵，每个B型浆液注浆输送泵均连通一个B箱侧混合浆混合输送器；所述A型浆液混浆输送泵与B箱侧混合浆混合输送器连通；所述B型浆液混浆输送泵与A箱侧混合浆混合输送器连通。
[0012]优选的，所述主动交互注浆系统还包括水箱，所述水箱与AB混合浆混合输送器连通。
[0013]优选的，所述水箱与AB混合浆混合输送器之间设置有供水管路内置阀门。
[0014]本专利技术还公开一种具有如上所述沉陷探测及主动脱困装置的海底矿车的履带行驶方法，包括如下步骤：步骤1、海底采矿车在海底沉积物上行驶作业时，沉陷探测预警装置即开始工作，对行走履带与沉积物的接触情况进行主动感知，测量其与行走履带下端的距离；步骤2、当海底采矿车发生被困于沉积物中或被困于低洼地形中的情况，即发生沉陷且履带系统整体发生倾斜，沉陷探测预警装置所测数据即会发生异常变化，沉陷探测预警装置将会向母船控制系统发出报警信号；步骤3、当沉陷探测预警系统报告已经发生履带系统整体倾斜、沉陷被困于沉积物中或被困于低洼地形中，主动交互注浆系统开始工作：位于履带两侧的A型浆液储箱与B型浆液储箱通过泵机将两种浆液输送至AB混合浆混合输送器；任一AB混合浆混合输送器负责A浆与B浆的混合，混合完成后输送至混合浆连接管路中；步骤4、在当沉陷探测预警系统报告已经发生履带系统整体倾斜、沉陷被困于沉积物中或被困于低洼地形中，主动交互注浆系统工作的同时，智能转向伸缩型注浆头进入工作状态：通过水平伸缩机构调整智能转型伸缩型注浆头的落点位置与履带下方的距离，在转动范围内进行转向并伸长至行走履带下方沉积物或低洼地形处，进入注浆等待阶段。
[0015]步骤5、当主动交互注浆系统中AB混合浆混合输送器完成A浆与B浆的混合，混合浆液沿混合浆连接管路通过智能转向伸缩型注浆头注入行走履带下方沉积物中，提高下方承载力，使得采矿车矫正自身倾斜，安全脱困，或通过低洼地形地带，提高采矿车海底稀软底质自适应行驶能力；步骤6、当海底采矿车注浆完成后，位于两侧的A型浆液储箱与B型浆液储箱中浆液不再进行交互，供水管路内置阀门开启，输水泵机将储水箱中的水输送至智能转向伸缩型注浆头，通过水流冲刷清洗AB混合浆混合输送器与智能转向伸缩型注浆头，防止凝结堵管，便于智能转向伸缩型注浆头的回收，随时准备可能再次出现的需要注浆情况。
[0016]同一履带支架两侧横梁智能转向伸缩注浆头同时工作，视为一对，任一对智能转
向伸缩型注浆头可单独工作；智能转向伸缩型注浆头可在安装平面内进行旋转，调整注浆位置，扩大注浆影响范围；智能转向伸缩型注浆头在工作时由静置状态进行转向伸长，智能转向伸缩型注浆头探入海底沉积物，伸长最大距离为行走履带下方10
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25cm处，在注浆完成后清洗，回收至初始状态，随时准备可能再次出现的需要注浆情况。
[0017]A型浆液储箱与B型浆液储箱中浆液单独在浆液储箱中浆液长期性能稳定，AB型双液混合后胶凝固化时间短，具有较高早期及后期强度，黏性及界面粘结强度大。本专利技术拟采用双组分聚氨酯（PU）注浆料作为AB型浆液。A型浆液为蓖麻油、聚醚二元醇、多异氰酸酯（TDI）、二丁酯制成的端
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NCO基的预聚体；B型浆液为MOCA、聚醚二元醇、稀释剂配制而成。
[0018]本专利技术的有益效果：1、本专利技术充分考虑深海沉积物特性，能够对采矿车在深海沉积物上的行进情况进行沉陷探测，利用沉陷探测预警装置对履带系统可能发生倾斜、沉陷于沉积本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种海底采矿车沉陷探测及主动脱困装置，其特征在于，包括沉陷探测预警装置（3）和主动脱困装置；所述沉陷探测预警装置安装于采矿车每个行走履带（1）的左右两侧，所述沉陷探测预警装置用于测量其与行走履带下端的距离，主动感知行走履带与海底沉积物的接触状况；所述主动脱困装置包括主动交互注浆系统（5），所述主动交互注浆系统连通有多个智能转向伸缩型注浆头（4），多个智能转向伸缩型注浆头分布于采矿车每个行走履带的左右两侧。2.根据权利要求1所述的一种海底采矿车沉陷探测及主动脱困装置，其特征在于，所述智能转向伸缩型注浆头（4）设置有转动机构，所述转动机构连接有水平伸缩机构，所述水平伸缩机构连接有竖直伸缩机构。3.根据权利要求1所述的一种海底采矿车沉陷探测及主动脱困装置，其特征在于，所述主动交互注浆系统（5）包括AB混合浆混合输送器，所述AB混合浆混合输送器的进料口连通有A型浆液储箱（8）和B型浆液储箱（9），所述AB混合浆混合输送器的出料口与智能转向伸缩型注浆头（4）连通。4.根据权利要求3所述的一种海底采矿车沉陷探测及主动脱困装置，其特征在于，所述AB混合浆混合输送器为多个，每个AB混合浆混合输送器对应连通一个智能转向伸缩型注浆头（4）。5.根据权利要求3所述的一种海底采矿车沉陷探测及主动脱困装置，其特征在于，所述A型浆液储箱（8）和B型浆液储箱（9）分别位于采矿车的两个不同的行走履带内部，每个浆液储箱的左、右两侧均安装多个AB混合浆混合输送器。6.根据权利要求3所述的一种海底采矿车沉陷探测及主动脱困装置，其特征在于，所述A型浆液储箱（8）顶部连通有A型浆液混浆输送泵（19），所述A型浆液储箱（8）的左、右两侧连通有多个A型浆液注浆输送泵（10），每个A型浆液注浆输送泵均连通一个A箱侧混合浆混合输送器（17）；所述B型浆液储箱（9）顶部连通有B型浆液混浆输送泵（20），所述B型浆液储箱（9）的左、右两侧连通有多个B型浆液注浆输送泵（11），每个B型浆液注浆输送泵均连通一个B箱侧混合浆混合输送器（21）；所述A型浆液混浆输送泵（19）与B箱侧混合浆混合输送器（21）连通；所述B型浆液混浆输送泵（20）与A箱侧混合浆混合输送器（17）连通。7.根据权利要求1所述的一种海底采矿车...
【专利技术属性】
技术研发人员：沙飞，席明帅，陈旭光，顾世玖，范锐，孔昊，卜蒙，
申请(专利权)人：中国海洋大学，
类型：发明
国别省市：
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