煤礦井口安全門應(yīng)急操作閥的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

摘要：在煤礦副井立井提升系統(tǒng)中，《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定：安全門必須與罐位和提升信號(hào)聯(lián)鎖。生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際使用過程中安全門電磁閥電源中斷后，井口安全門將無法正常開關(guān)，人員無法進(jìn)出罐籠。研制一種應(yīng)急情況下不依靠供電電源，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、可靠操作安全門打開、關(guān)閉的機(jī)構(gòu)非常必要。文章對(duì)煤礦井口安全門應(yīng)急操作閥的設(shè)計(jì)與應(yīng)用進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：煤礦開采；井口安全門；應(yīng)急操作閥；換向閥；應(yīng)急提升；手動(dòng)換向 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TD679 文章編號(hào)：1009-2374（2016）09-0157-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.09.077

兗州煤業(yè)股份有限公司鮑店煤礦副井井筒凈直徑8米，井深502.2米，最大提升距離478.2米，設(shè)有3個(gè)工作水平：第一水平為井口+44.82米；第二水平為-350米位置；第三水平在-430米位置。副井安裝兩臺(tái)從波蘭引進(jìn)的2L-5000/2000落地式提升機(jī)，分東西布置，其中西提升機(jī)為雙罐籠提升機(jī)、東提升機(jī)為單罐籠帶平衡錘提升機(jī)。西提升機(jī)工作于第一水平和第三水平之間，主要負(fù)責(zé)提升和下放人員、矸石和材料；東提升機(jī)工作于3個(gè)水平之間，主要負(fù)責(zé)提升和下放人員、大型設(shè)備、超長(zhǎng)物料等。大罐每層限乘42人，小罐每層限乘32人。副井提升系統(tǒng)擔(dān)負(fù)著各水平人員和物料的上下井運(yùn)輸。為保證人員運(yùn)輸安全，各井口均設(shè)有安全門，由氣控閥件控制氣缸動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)安全門開關(guān)。人員進(jìn)入罐籠后，安全門關(guān)閉，搖臺(tái)抬起，位置開關(guān)將安全門和搖臺(tái)狀態(tài)反饋到提升機(jī)信號(hào)系統(tǒng)，使信號(hào)系統(tǒng)具備發(fā)出信號(hào)條件，信號(hào)工方可發(fā)出開車信號(hào)。《煤礦安全規(guī)程》要求，升降人員和主要井口絞車的信號(hào)裝置的直接供電線路上，嚴(yán)禁分接其他負(fù)荷，因此井口安全門電磁閥由井口操車系統(tǒng)進(jìn)行供電。但在實(shí)際使用過程中，井口操車系統(tǒng)供電取自井下變電所配電線路，存在因線路故障斷電的情況。罐籠運(yùn)行到位后，因電磁閥控制電源中斷，安全門無法正常動(dòng)作，人員無法進(jìn)出罐籠。在供電系統(tǒng)短時(shí)間無法恢復(fù)的情況下，需維修人員拆除安全門與氣缸的連接，人工推拉安全門，實(shí)現(xiàn)人員進(jìn)出罐籠，既不安全，同時(shí)也因處理人員到位的情況影響提升系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

1 井口安全門的工作原理

安全門氣控系統(tǒng)的控制必須與井口操車系統(tǒng)、信號(hào)系統(tǒng)相互配合。罐籠到位后，井口信號(hào)工發(fā)出停車信號(hào)，停止信號(hào)經(jīng)信號(hào)系統(tǒng)傳送到提升機(jī)主控系統(tǒng)，提升機(jī)司機(jī)及時(shí)停車后，井口信號(hào)工按下“打開安全門”按鈕，操車系統(tǒng)啟動(dòng)液壓泵站通過換向閥控制搖臺(tái)的驅(qū)動(dòng)油缸動(dòng)作，放下?lián)u臺(tái)，搖臺(tái)到位后，發(fā)出到位信號(hào)。安全門具備開門條件，安全門氣控系統(tǒng)電磁閥得電，安全門打開，人員可以進(jìn)出罐籠。當(dāng)罐籠需要運(yùn)行時(shí)，信號(hào)工按下“關(guān)閉安全門”按鈕，安全門電磁閥反方向得電，安全門關(guān)閉，并將信號(hào)傳送到操車系統(tǒng)，驅(qū)動(dòng)液壓站抬起搖臺(tái)。同時(shí)將搖臺(tái)和安全門狀態(tài)傳輸?shù)浇g車控制系統(tǒng)，絞車具備運(yùn)行條件，信號(hào)工根據(jù)需要運(yùn)行位置，發(fā)車開車信號(hào)點(diǎn)，絞車司機(jī)操作提升機(jī)運(yùn)行。

井口安全門氣控系統(tǒng)（如圖1）采用一個(gè)二位五通雙電控?fù)Q向閥（3）控制一個(gè)氣控?fù)Q向的二位五通主閥（4），實(shí)現(xiàn)安全門氣缸（6）的動(dòng)作，帶動(dòng)罐籠安全門運(yùn)行。安全門上安裝有感應(yīng)的位置開關(guān)來監(jiān)視安全門的開關(guān)狀態(tài)。為了避免電磁閥斷電后安全門誤動(dòng)作，電磁閥（3）為雙電控電磁閥，閥芯的每一個(gè)方向的動(dòng)作，必須由兩端的電磁閥通電來實(shí)現(xiàn)，斷電時(shí)，主閥（4）不換向，安全門處于之前位置。氣控回路中的壓風(fēng)仍作用在氣缸上，人工無法打開或關(guān)閉安全門。安全門的開關(guān)狀態(tài)是與提升系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)鎖，因此絞車無法正常運(yùn)行。

1.供風(fēng)管路；2.減壓閥；3.雙電控電磁閥；4.主閥；5.手動(dòng)換向閥；6.氣缸

圖1 氣控原理圖 圖2 氣控原理圖（改造后）

2 氣控回路改造

在操作系統(tǒng)斷電的情況下，為了能實(shí)現(xiàn)安全門在應(yīng)急情況下的開關(guān)，必須通過手動(dòng)操作來改變氣控回路壓力風(fēng)的方向。以往采用倒換控制風(fēng)路進(jìn)風(fēng)和回風(fēng)管的做法，強(qiáng)迫主閥（4）閥芯換向。罐籠每一次運(yùn)行都需操作，且需專業(yè)維修人員操作。操作時(shí)，管路內(nèi)帶有壓風(fēng)，存在一定的安全隱患。為實(shí)現(xiàn)操車系統(tǒng)斷電的情況下安全可靠地操作安全門，進(jìn)行人員提升，在安全門原氣控回路中增加一個(gè)兩位四通手動(dòng)換向閥（5）（如圖2）。正常提升過程中，閥芯位置只使氣流正常流通，對(duì)原氣控系統(tǒng)不存在影響。應(yīng)急情況可手動(dòng)操作閥芯換向，改變管路中壓力風(fēng)的方向，實(shí)現(xiàn)安全門打開和關(guān)閉，從而保證人員能及時(shí)進(jìn)出罐籠，恢復(fù)提升機(jī)運(yùn)行。

在原來連接氣缸的管路中串聯(lián)的兩位四通換向閥采用原氣控回路中的二位五通主閥進(jìn)行改造而成。通過比較二位五通和二位四通換向閥的閥芯和閥體的結(jié)構(gòu)，若在閥體上部開兩個(gè)氣孔，用風(fēng)管進(jìn)行連接。加工密封墊片將一路出風(fēng)口截?cái)?，便可通過結(jié)構(gòu)的改變，將兩位五通閥改造成兩位四通閥。為使原有的風(fēng)動(dòng)換向，改為手動(dòng)操作換向，通攻絲將閥芯與一側(cè)氣動(dòng)換向閥的活塞連接到一起，并采取可靠密封。通過連接桿與閥體外側(cè)制作的固定座和操作桿連接到一起，通過操作桿實(shí)現(xiàn)閥芯換向。改造后手動(dòng)操作的二位四通閥，不會(huì)受安全門斷電時(shí)的位置影響，只要推動(dòng)閥芯即可實(shí)現(xiàn)反方向運(yùn)行，簡(jiǎn)單實(shí)用，安全可靠。

3 閥芯及閥體的改造

換向閥的作用是改變閥芯在閥體內(nèi)部的相對(duì)工作位置，使閥體各接口連通或斷開，從而控制執(zhí)行元件的換向或啟停。二位五通換向閥的工作原理和符號(hào)，如圖3（a），在左圖位置為初始位置，壓力風(fēng)由P口進(jìn)入，由B口排出；A口和T1口連通，可實(shí)現(xiàn)氣缸一個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)或始終處于帶壓狀態(tài)。通過電磁閥或先導(dǎo)閥實(shí)現(xiàn)閥芯向右動(dòng)作后，在閥芯的作用下，壓力風(fēng)由P口進(jìn)入，由A口排出；B口和T2口連通，實(shí)現(xiàn)氣缸相反方向動(dòng)作。

二位四通換向閥的工作原理和符號(hào)，如圖3（b），在左圖位置為初始位置，壓力風(fēng)由P口進(jìn)入，由B口排出；A口和T口經(jīng)過閥體內(nèi)管路連通，可實(shí)現(xiàn)氣缸一個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)或始終處于帶壓狀態(tài)。通過電磁閥或先導(dǎo)閥實(shí)現(xiàn)閥芯向右動(dòng)作后，在閥芯的作用下，壓力風(fēng)由P口進(jìn)入，由A口排出；B口和T口連通，實(shí)現(xiàn)氣缸相反方向動(dòng)作。

圖3

通過對(duì)二位五通和二位四通閥閥芯、接口和閥體結(jié)構(gòu)的對(duì)比，發(fā)現(xiàn)如果在二位五通閥的閥體上增加一路管路將T1和T2口連通，并將T1口下部截止后，完全可以實(shí)現(xiàn)二位四通閥的作用，如圖3（c）。

4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

因現(xiàn)場(chǎng)安全門按兩側(cè)布置，每個(gè)罐籠進(jìn)出人側(cè)，各安裝一個(gè)安全門。安全門氣缸管路采用并聯(lián)連接，通過三通將管路分接到兩側(cè)氣缸。改造后的兩位四通閥可直接安裝在氣控管路的進(jìn)、回氣管路上。為了保證現(xiàn)場(chǎng)的安全使用，將氣控閥安裝在操作箱內(nèi)，并在手柄上安裝好閉鎖銷，閥件的另一側(cè)安裝閉鎖機(jī)構(gòu)，防止人員誤操作。氣控閥安裝完成后，調(diào)整好閥芯位置，使氣缸處于正常工作位置?；謴?fù)閉鎖機(jī)構(gòu)和閉鎖銷子。一旦氣控系統(tǒng)電磁閥電源中斷后，井口把鉤工可迅速拆下閉鎖銷子，打開閉鎖機(jī)構(gòu)，通過推拉手柄，操作換向閥實(shí)現(xiàn)，改變氣路的目的，實(shí)現(xiàn)應(yīng)急開關(guān)安全門，恢復(fù)提升系統(tǒng)運(yùn)行。在現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際使用過程中，應(yīng)急操作閥操作簡(jiǎn)單、動(dòng)作可靠，完全實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)要求。

5 結(jié)語

井口安全門應(yīng)急操作閥及成套裝置，包括二位五通雙電控?fù)Q向閥、二位五通換向閥和氣缸，三者依次連通，在二位五通換向閥和氣缸之間設(shè)置能夠改變氣壓方向的換向閥，換向閥的一側(cè)設(shè)置有用于控制氣流變換的操作把手，使井口把鉤工能夠手動(dòng)換向閥。當(dāng)二位五通控制閥正常工作時(shí)，通過改變二位五通雙電控?fù)Q向閥的不同氣路以達(dá)到控制二位五通換向閥的目的，二位五通換向閥與氣缸直接連接，可控制氣缸的運(yùn)動(dòng)方向，實(shí)現(xiàn)控制安全門的打開與關(guān)閉。而當(dāng)電源斷電時(shí)，二位五通雙電控?fù)Q向閥無法換向，進(jìn)而導(dǎo)致二位五通換向閥和氣缸無法工作，二位五通換向閥中的氣流無法換向，氣缸無法改變氣壓方向，安全門無法正常移動(dòng)。此時(shí)可通過手動(dòng)控制換向閥來改變氣流的方向，換向閥的作用在于使原本流通的氣流交叉換向，也即原本進(jìn)氣的管路變?yōu)槌鰵夤苈?，原本出氣的管路變?yōu)檫M(jìn)氣管路，因此氣缸的氣壓方向改變，實(shí)現(xiàn)了控制安全門改變開關(guān)狀態(tài)的目的，在斷電的情況下也能實(shí)現(xiàn)開合?？茖W(xué)合理地對(duì)閥芯、閥體進(jìn)行改造，使二位五通閥具備二位四通閥功能。巧妙設(shè)計(jì)手動(dòng)操作機(jī)構(gòu)和安全閉鎖機(jī)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)安全門電磁閥斷電情況下氣路的自由換向，不受安全門初始位置影響；不操作時(shí)，對(duì)原氣控系統(tǒng)無影響。利用原氣控系統(tǒng)換向閥進(jìn)行改造，不需要購(gòu)置新閥件及其他設(shè)備，節(jié)省了資金投入。巧妙利用換向閥的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，使之能夠達(dá)到預(yù)計(jì)要求。該安全門應(yīng)急操作閥的使用杜絕了因電磁閥斷電可能帶來的不安全因素以及人身事故，為立井人員安全提升提供了安全保障，確保了礦井提升系統(tǒng)的安全運(yùn)行，也為自動(dòng)化程度不斷提高的立井提升系統(tǒng)提供了一道簡(jiǎn)單但可靠的安全保障。

參考文獻(xiàn)

[1] 丁樹模.液壓傳動(dòng)（第二版）[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1997.

作者簡(jiǎn)介：高云龍（1983-），男，遼寧撫順人，兗州煤業(yè)股份有限公司鮑店煤礦工程師，研究方向：礦山機(jī)電。

（責(zé)任編輯：秦遜玉）