成莊礦新型分區風門的研制及應用

劉毅

（山西晉城無煙煤礦業集團有限責任公司，山西 晉城 048006）

成莊礦新型分區風門的研制及應用

劉毅

（山西晉城無煙煤礦業集團有限責任公司，山西 晉城 048006）

摘要：長期以來成莊礦三五分區風門主要采用手動開啟和機械閉鎖方式，可靠性差，同時該處巷道服務年限長，礦山壓力顯現，嚴重影響風門的正常使用，礦井安全得不到保障。針對上述問題，從門框及其固定裝置、風門平衡開合機械系統、風門程控系統方面進行研究，研制出可自動控制的抗壓風門，具有較高的推廣應用價值。

關鍵詞：風門；防礦壓；自動控制

成莊礦當前開采煤層為3號煤，為高瓦斯礦井，采用機械抽出式通風方式，現共有3個主通風機房，分別為中央回風立井主通風機、2號風井主通風機、3號風井主通風機。其中中央回風立井通風機主要擔負礦井二、三盤區的通風任務，2號、3號風井通風機分別為四盤區、五盤區獨立通風。

風門是礦井通風系統中的重要裝置，作為既要通行車輛、人員，又要起到隔斷風流的變動性設施，目前的風門閉鎖、風門材質和自動化確實有一定的進步，但由于數量多，條件限制，許多風門仍然存在著許多的漏洞和隱患，特別是受礦壓變形的風門，不能完全的開關，漏風嚴重，給通風管理特別是系統的穩定造成危險［1］。

1　礦井概述

成莊礦三五分區風門主要采用手動開啟和機械閉鎖方式，在運輸或行人通過時人工開啟風門，但因機械閉鎖裝置可靠性差，兩道風門同時開啟現象經常發生，一旦發生同時打開兩道風門的現象，就會使風流短路，造成通風系統紊亂，失去了隔斷風流的意義，系統經常處于不穩定狀態，礦井安全得不到保障。

三五分區風門原先采用的是雙扇無壓風門，它借助人力、杠桿原理以及拉桿與拐臂的換向作用，使兩扇門同時向相反的方向開啟，這樣在開啟的時造成風量流失，一個人不用費力就能把門打開。它的缺點是：第一，易受巷道動壓的影響，巷道底板會突然或緩慢地在不同位置鼓起現象，風門變形示意圖，見圖1，同時側面也會在不同的部位發生變形，嚴重時軌道扭曲，道木傾斜，風門被卡死不能正常打開或開閉，造成漏風或變形，形成重大安全隱患；第二，由于風門是人工進行開啟，經常行車的風門都必須配備專門人員管理，費工又費力；同時采用的機械閉鎖裝置主要是通過鋼絲繩來完成，并不能真正起到閉鎖的作用，可靠性差，對風門的管理和維護十分不利。

圖1　風門變形示意圖

2　新型風門系統

本系統由門框及其固定裝置，風門平衡開合機械系統，風門程控系統三個主要部分組成。

2.1門框及其固定裝置

風門在實際使用時，門框的支撐面出現不同程度的變形，尤其是底部變形嚴重，側面上部分基本不變形，主要是下部分變形。由于風門門框的支撐面底面的受力情況是一種蠕變或突變，所受力的大小以及受力部位都沒有任何規律，且變形部分的受力大小以及受力部位無法確定。因此，風門門框的設計和固定方法上必須解決門框隨巷道固定面變形而變形的問題，在解決門框防變形問題的同時，還得考慮風門在使用過程中的安全和耐用性能，在車或其它外力的突然沖撞下，門框不會發生變形甚至倒塌。所以，門框及其固定裝置部分的設計成為本為系統中非常關鍵的一個環節，綜合各方面因素且在設計安裝等環節經過多次修改，門框及固定裝置圖，見圖2。

圖2 門框及固定裝置圖

鋼質門框底面與巷道地面水平通過上下各兩個地腳螺栓將門框固定，兩個錐狀混凝土墩豎直放置于碎石塊中，安裝時先將鐵皮制成的錐狀桶放置于門框安裝位置的底下，通過碎石將其放置平衡。將門框按要求放置于安裝位置后通過左右巷道內壁凹槽基本穩定，調整好下面兩個地腳螺栓位置后澆注混凝土，固化后擰緊螺絲即可。頂部的固定在最后通過兩個打入巷道頂部的地腳螺栓完成［2-5］。

門框左右側面的固定方法，見圖3，巷道側面凹槽在門框安裝前于制定位置開挖完成，加裝軟性填充物后再固定門框，門框與巷道側面縫隙處用水泥砂漿抹平。

圖3　門框側面安裝示意圖

2.2風門平衡開合機械系統

風門平衡開合機械系統由主要滑道、推桿、壓力平衡門以及連桿等組成，通過氣缸、調速閥、防爆電磁閥等控制門的開合，氣缸固定在風門的上部，另一端固定在門上，風門動力來源于井下管網的壓縮氣體。平衡風門機械結構示意圖，見圖4。

圖4　平衡風門機械結構示意圖

當礦車經過風門前后的傳感器時，由傳感器將信號傳送到控制機構，控制機構通過氣缸、調速閥、防爆電磁閥等控制門的開合，氣動電磁閥控制汽缸的伸縮，同時配有調速閥可以控制風門開關的速度。門的上方裝有連桿機構，當一扇門受力轉動時，通過連桿驅動另一扇門向反方向轉動，即使在巷道內負壓情況下風門亦可輕松開啟。

2.3風門程控系統

風門程控系統主要由單片機、聲光報警輸出、紅外霍爾輸入、電機控制輸出、本安電源等部分組成，見圖5。

由于用在煤礦井下，所以風門程控系統按礦用隔爆兼本安型來設計。在本安電路與隔爆部分之間全部采用光電耦合器來進行全面的隔離。根據有關規定和現場使用情況，確定風門程控系統為兩道風門（簡稱A門、B門）。每個風門不僅有自己獨立的傳感系統（包括開門到位傳感器、關門到位傳感器、左來車傳感器、右來車傳感器及門障傳感器），而且有獨立的聲光信號系統，其紅、綠、黃三種顏色的發光指示出了不同的工作狀態，長短發聲的組合提示開、關門的時間信息。其基本通行原則：一是A、B門不能同時開啟，任一時刻只允許一個門打開；二是先請求光通過；三是請求記憶功能；四是沒有通行時自動開閉。

圖5 程控系統組成

3　應用及結論

新型風門經過一年時間的應用，有效減少了風門維修工作量，主要的維修工作是清理礦壓作用擠壓出的碎石。人員、礦車經過時，實現了自動開啟和關閉，更加安全可靠。

新型分區風門針對成莊礦三五盤區連接巷道服務年限長、受礦壓影響較大和運輸頻繁等問題，研制出可自動控制的抗壓風門。與傳統的風門相比具有如下特點：a.用優質鋼板及阻燃填充材料制作，外框有自由伸縮量，可有效抵消礦井地質變化。b.風門的推桿、連桿等機構使風門具備防撞功能，即使車輛失控的情況下，也不會撞壞風門。c.具有雙門互鎖自動控制功能，操作更方便、更安全。d.可拆卸組裝，重復使用。

參考文獻：

［1］張國樞.通風安全學［M］.徐州：中國礦業大學出版社，2007.

［2］黃永菲，舒社會，王衛楨.復雜地質條件下風門構筑技術應用研究［J］.中州煤炭，2009（10）：98-99.

［3］張燕斌.風門中的通風理論與應用［J］.技術與市場，2014，21（10）：25-27.

［4］杜玉喜，周廣建，潘如春.風門液壓助力開啟裝置的研究應用［J］.山東煤炭科技，2014（12）：90-93.

［5］馮杰，張發明.礦井風門功能完善及技術改進［J］.煤礦設計，2000（4）：34-36.

（編輯：武曉平）

中圖分類號：TD 724

文獻標識碼：A

文章編號：1672-5050（2016）03-021-03

DOI：10.3969/j.cnki.issn1672-5050sxm t.2016.06.006

收稿日期：2016-02-05

作者簡介：劉毅（1972-），男，山西侯馬人，大學本科，工程師，從事通風安全管理工作。

Study and App lication of New Sectional Air-door in Chengzhuang M ine

LIU Yi
（Shanxi Jincheng Anthracite Mining Group，Jincheng 048006，China）

Abstract：Manual opening and mechanical shutting method has been used for No.35 sectional air-door in Chengzhuang Mine for a long time，which has poor reliability.Besides，long service life of roadway and obvious pressure appearance seriously affect the normal operation of the air-door and fail to guarantee themine safety.To solve the above problems，，an automatic control compressive air doorwas developed based on the analysis of door frame，fixing appliances，balanced opening and shutting mechanical system，and programmed control system of the air-door，which has ideal popularization and application value.

Keywords：air-door；ground pressure prevention；automatic control