撞桿式無(wú)壓風(fēng)門的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用研究

赫海全，尹 彬，皮子坤

(1.窯街煤電 金河煤業(yè)公司通風(fēng)滅火部，甘肅 蘭州 730080;2.遼寧工程技術(shù)大學(xué) 安全科學(xué)與工程學(xué)院，遼寧 阜新 123000)

風(fēng)門是煤礦井下生產(chǎn)的主要通風(fēng)設(shè)施之一。風(fēng)門除了擔(dān)負(fù)井下風(fēng)量調(diào)節(jié)、行車過(guò)人的作用之外，不同的風(fēng)門位置還將對(duì)涉及區(qū)域的瓦斯防治、自燃發(fā)火、綜合防塵等產(chǎn)生較大影響［1－2］。窯街煤電集團(tuán)公司金河煤礦一號(hào)井投產(chǎn)于1968年，經(jīng)過(guò)多次改造后現(xiàn)設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力達(dá)到120萬(wàn)t/年。一號(hào)井六采區(qū)主采煤層煤二層瓦斯含量高，且具有煤與二氧化碳(含甲烷等復(fù)雜氣體)突出危險(xiǎn)性，為了有效治理瓦斯，保證礦井安全生產(chǎn)，并使金河煤礦快速發(fā)展，達(dá)到在新采區(qū)布置2個(gè)綜放工作面的能力。一號(hào)井于2003年和2006年分別對(duì)1－3和1－4通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行了技術(shù)改造，現(xiàn)采用兩翼對(duì)角抽風(fēng)式高負(fù)壓通風(fēng)方式。本文將重點(diǎn)論述撞桿式無(wú)壓風(fēng)門在金河煤礦的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。

1 傳統(tǒng)單開(kāi)風(fēng)門在現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用

傳統(tǒng)風(fēng)門(見(jiàn)圖1)多用15 mm厚的雙層錯(cuò)縫木板或30 mm厚的單層木板制作，可制成單刷或雙扇結(jié)構(gòu)，需用人力開(kāi)啟。這類風(fēng)門的特點(diǎn)是，門扇與門窗呈斜面沿口接觸，接觸處有可縮性膠皮墊，比較嚴(yán)實(shí)，堅(jiān)固，一般可用1 ～2 年［3－4］。

圖1 傳統(tǒng)風(fēng)門原理示意圖

1)由于礦井通風(fēng)系統(tǒng)的改造，在更換大功率主扇增加礦井風(fēng)量的同時(shí)，也增加了礦井通風(fēng)負(fù)壓。2007年測(cè)定礦井最大通風(fēng)阻力4 389 Pa，礦井風(fēng)門兩側(cè)壓差600～1 200 Pa，特別是七采區(qū)1530運(yùn)輸大巷風(fēng)門，由于七采區(qū)尚未準(zhǔn)備出首采面，風(fēng)門兩側(cè)壓差高達(dá)1 800 Pa。為了既滿足物料運(yùn)輸?shù)男枰址奖汩_(kāi)關(guān)風(fēng)門，該礦均采用上下扇，以減小開(kāi)關(guān)阻力。

按照經(jīng)常開(kāi)關(guān)的下扇風(fēng)門計(jì)算:

風(fēng)門受力面積:

風(fēng)門所受壓力:

以風(fēng)門合頁(yè)為轉(zhuǎn)動(dòng)軸，風(fēng)門所受風(fēng)壓力F1作用在風(fēng)門中心，開(kāi)啟風(fēng)門人力F2作用在風(fēng)門邊沿，按照力矩平衡:

相當(dāng)于在摩擦系數(shù)為0.1，較為光滑的地面推動(dòng)2 t重物，開(kāi)啟非常困難。

2.2 2組治療前后膝關(guān)節(jié)屈曲AROM比較 術(shù)后4及12周后，2組患者AROM均較前一個(gè)時(shí)間點(diǎn)呈明顯增加趨勢(shì)(均P<0.05)；術(shù)后4周2組組間比較差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，術(shù)后12周觀察組患者AROM明顯高于同時(shí)間點(diǎn)對(duì)照組(P<0.05)。見(jiàn)表3。

為了解決這一難題，該礦又在風(fēng)門上安置了泄壓小風(fēng)窗，將風(fēng)門開(kāi)啟負(fù)壓降至600 Pa左右，但開(kāi)啟風(fēng)門仍需756 N的作用力，相當(dāng)于在摩擦系數(shù)為0.1，較為光滑的地面推動(dòng)0.75 t重物。身體較為虛弱者仍無(wú)法安全開(kāi)啟風(fēng)門，沒(méi)有徹底解決這一問(wèn)題。

2)由于礦井通風(fēng)負(fù)壓大，在風(fēng)門開(kāi)關(guān)過(guò)程中風(fēng)門扇與風(fēng)門框劇烈碰撞，相互作用力極大，容易造成風(fēng)門扇變形和風(fēng)門墻體裂縫、脫落。為此，該礦將原來(lái)加工風(fēng)門所用的3 mm鐵皮變更為8 mm鐵板，并在風(fēng)門扇上加焊角鐵，增加風(fēng)門強(qiáng)度。但風(fēng)門重量增加了2倍，又造成了風(fēng)門運(yùn)輸、安裝和維修的不便。

3)傳統(tǒng)風(fēng)門閉鎖裝置利用鋼絲繩的固定長(zhǎng)度直拉兩道風(fēng)門實(shí)現(xiàn)閉鎖，當(dāng)一道風(fēng)門完全打開(kāi)時(shí)，另一道風(fēng)門才能完全拉緊，徹底閉鎖。若其中一道風(fēng)門部分開(kāi)啟時(shí)，另一道風(fēng)門仍然可以開(kāi)啟成半開(kāi)狀態(tài)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)真正意義上的閉鎖。

4)傳統(tǒng)風(fēng)門長(zhǎng)期開(kāi)關(guān)，受風(fēng)壓作用力的影響，與門框碰撞發(fā)生變形后，關(guān)閉不嚴(yán)，漏風(fēng)較為嚴(yán)重。

2 無(wú)壓風(fēng)門在現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用

1)ZWM型撞桿式無(wú)壓風(fēng)門的工作原理。

ZWM型撞桿式無(wú)壓風(fēng)門(見(jiàn)圖2)是利用風(fēng)壓平衡原理，兩扇風(fēng)門逆向同步開(kāi)啟，兩合風(fēng)門安裝有平衡機(jī)構(gòu)，巧妙的把作用在風(fēng)門上的負(fù)壓通過(guò)平衡機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)化為一種內(nèi)力，實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)，當(dāng)其中一合風(fēng)門運(yùn)動(dòng)方向與礦井通風(fēng)壓力相同時(shí)，另一合風(fēng)門則逆風(fēng)向運(yùn)動(dòng)，兩合風(fēng)門所受的動(dòng)力和阻力相等，方向相反，實(shí)現(xiàn)了風(fēng)壓平衡，僅需較小的外力就可開(kāi)關(guān)風(fēng)門。同時(shí)增加了滑道和撞桿，利用礦車或機(jī)車的側(cè)邊擠壓風(fēng)門撞桿，使撞桿在滑道中運(yùn)行，將門打開(kāi)。行人或車輛通過(guò)后，通過(guò)風(fēng)門配重可實(shí)現(xiàn)風(fēng)門自動(dòng)關(guān)閉，在風(fēng)門關(guān)閉過(guò)程由于兩合風(fēng)門風(fēng)壓平衡，膨脹輕微，作用力小，風(fēng)門不易變形。

圖2 撞桿式無(wú)壓風(fēng)門原理示意圖

2)撞桿式無(wú)壓風(fēng)門的優(yōu)點(diǎn)。

a)利用風(fēng)壓平衡原理，兩合風(fēng)門實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)，僅需較小的外力，約200 N左右，即可打開(kāi)風(fēng)門，解決了人力開(kāi)啟風(fēng)門困難的問(wèn)題。

c)兩合風(fēng)門接觸嚴(yán)密，不變型，雙向密封，漏風(fēng)量小。

d)兩合風(fēng)門實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)，雙向隔風(fēng)，無(wú)須再設(shè)反向風(fēng)門。

e)閉鎖器采用彈簧復(fù)位、圓盤凸輪制動(dòng)原理，當(dāng)一道風(fēng)門輕微開(kāi)啟后，另一道風(fēng)門就能實(shí)現(xiàn)完全閉鎖，避免了兩道風(fēng)門的同時(shí)開(kāi)啟。該裝置鋼絲繩始終處于張緊狀態(tài)，避免了單純采用鋼絲繩直拉時(shí)突然繃緊傷人的隱患。

3)應(yīng)用撞桿式無(wú)壓風(fēng)門取得的效益。

a)大幅度降低了高負(fù)壓通風(fēng)礦井風(fēng)門開(kāi)啟時(shí)所需的外力，解決了單個(gè)職工無(wú)法安全開(kāi)啟風(fēng)門的問(wèn)題。

b)避免了風(fēng)門關(guān)閉過(guò)程中在高負(fù)壓作用下的劇烈碰撞，有效降低了風(fēng)門和墻體在外力作用下的破損，大大減少了維修工作量。

c)風(fēng)門始終處于完好狀態(tài)，關(guān)閉嚴(yán)密，雙向密封。與傳統(tǒng)單開(kāi)風(fēng)門相比漏風(fēng)量減少了50%。

d)利用車輛側(cè)邊碰撞風(fēng)門撞桿開(kāi)啟風(fēng)門，減少了電機(jī)車通過(guò)風(fēng)門時(shí)需停車開(kāi)啟風(fēng)門的環(huán)節(jié)，并且不需要專職跟車工，只需機(jī)車司機(jī)一人就可完成該項(xiàng)工作。既減少了工作環(huán)節(jié)，提高了單班風(fēng)門過(guò)車數(shù)量，又節(jié)約了人力資源。

e)閉鎖器靈敏可靠，切實(shí)做到了完全閉鎖。避免了人為因素開(kāi)啟和故意松動(dòng)鋼絲繩破壞現(xiàn)象。

f)在電機(jī)車行駛過(guò)程即便出現(xiàn)剎車失靈和人為操作失誤等意外情況，也可避免機(jī)車碰毀風(fēng)門。

4)現(xiàn)場(chǎng)注意事項(xiàng)。

a)風(fēng)門周圍應(yīng)保持環(huán)境清潔、平整，防止風(fēng)門前后淤泥積水，杜絕機(jī)械傳動(dòng)部位銹蝕。

b)閉鎖器安裝處應(yīng)保證墻壁平整，在吊桶行程范圍內(nèi)無(wú)障礙物，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題應(yīng)及時(shí)處理。

c)嚴(yán)禁機(jī)車或行人故意直接撞擊風(fēng)門，無(wú)事不要在風(fēng)門附近逗留。

d)定期對(duì)風(fēng)門墻體進(jìn)行安全檢查，進(jìn)行防銹、密封處理。

e)車輛應(yīng)輕輕撞擊風(fēng)門撞桿，建議擠撞速度小于 0.5 m/s，最好小于 0.1 m/s。

3 結(jié)論

在高負(fù)壓礦井中，傳統(tǒng)的單開(kāi)式風(fēng)門不但開(kāi)啟困難而且極易漏風(fēng)。利用風(fēng)壓平衡原理設(shè)計(jì)的撞桿式無(wú)壓風(fēng)門具有較好的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果，當(dāng)車輛和行人通過(guò)時(shí)，風(fēng)門可以輕松打開(kāi)，通過(guò)后風(fēng)門自動(dòng)關(guān)閉。既可以在安全生產(chǎn)、減少漏風(fēng)、維護(hù)通風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定等方面取得明顯的效果，為通車、行人提供諸多方便，也可以使礦井面貌發(fā)生大的轉(zhuǎn)變，推進(jìn)礦井質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化和“兩型三化”礦井創(chuàng)建工作［5］，為現(xiàn)代化管理奠定基礎(chǔ)。

［1］徐永圻.煤礦開(kāi)采學(xué)［M］.徐州:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，2009:121－123.

［2］馬立偉，張 沛，黃雅君.合理構(gòu)筑風(fēng)門 確保通風(fēng)安全［J］.中州煤炭，2006，141(3):86－87.

［3］黃元平.礦井通風(fēng)［M］.徐州:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，1986:46－47.

［4］馬維緒.中小型現(xiàn)代化煤礦使用生產(chǎn)技術(shù)手冊(cè)［M］.北京:煤炭工業(yè)出版社，2007:203－205.

［5］溫克珩.創(chuàng)建“兩型三化”礦井的工作實(shí)踐與思考［J］.煤礦安全，2011，42(8):184－186.