煤礦聯鎖氣動控制風門設計與應用

白晉棟

（山西新元煤炭有限責任公司, 山西 臨汾 041000）

引言

當前，我國大部分煤礦井下通風系統都采用單開門或者雙開門的設計，這樣的設計有一定的優點，能夠適應兩個方向的風流。但是,也存在著許多不容忽視的缺陷。在井下，風流不都是一直以一個方向輸送的，很多情況下需要改變風向，當風向改變后，風門也需要進行相關的操作。然而，現有的風門最大的缺陷就是在風流換向時無法實現自動互鎖。這樣的缺陷導致的結果就是風門會有兩個都同時開啟的狀態，直接造成漏風等不利于井下通風質量的不良現象[1-2]。除此以外，還有其他人力和經濟方面的問題，比如在較大的風阻下，手動操作的風門，很難被打開，需要很多專職的工人來做這一件事，這其實變相的消耗了井下職工的勞動力。另一方面，頻繁的開啟和關閉造成了風門的損傷，如果使用電氣閉鎖，造價和維護成本又十分高昂，經濟方面也無法接受。因此，需要設計一套能夠避免此狀況的聯鎖氣動控制風門，保障井下職工的安全，降低維修風門的成本。

1 設計目的

本設計的目的就是要克服現在技術上的缺陷，提供一種能夠防止通風系統漏風，保證供氣質量的聯鎖氣動控制風門。與此同時，風門開啟和關閉完成動作的速度要能夠得以保證，開啟和關閉不能太遲緩。最后，以往的風門都是木質的，很容易被井下積水腐蝕而損壞，所以新設計的風門要具有一定的耐腐蝕能力，增長使用壽命，控制方式也要相對經濟實惠，降低使用成本。

2 風門的設計

設計風門為雙門，為了避免兩道門同時打開的情況，兩道門互為聯鎖。風門前后都有紅外激光器和與之對應的接收器，探測是否有人員或車輛要經過風門，接受的信號傳遞給機械部分，由機械部分打開和關閉。最后，風門內芯為木質材料，外面以鋼材表皮包裹住，防止腐蝕。

2.1 驅動方式的設計

本設計采用的風門使用氣動式驅動方式，以井網的壓縮空氣為動力通過氣缸打開風門，它的結構簡單、性能可靠、使用方便。

2.2 機械連鎖裝里的設計

機械連鎖裝置最重要的特征是采用機械連鎖，將2塊寬12 mm的槽鋼整體焊接成后部固定板，2根直徑為10 mm的無縫鋼管焊接在一起，形成2個套筒[1]。在套筒中心線上切寬10 mm和長60 mm的孔，安裝鎖定塊，鎖定旋轉塊為三角形鋼板，其角為圓弧面并旋轉。塊的中心與銷的中心相等，安裝時弧角垂直向下。銷軸通過旋轉塊固定在后部固定板上，滑動體被單獨加載到套筒中。鋼絲繩通過滑輪連接到滑塊的頂部，鋼絲繩的另一端與風門連接。在工作狀態下，一個風門開啟時，滑動體碰撞轉動塊，轉動塊轉向另一個套筒，防止另一個風門開啟。

2.3 控制方式的設計

控制方式有兩類，主要的控制方式為自動控制，在風門兩側裝好的激光發射器和感應器配合工作，檢測是否有行人要通過，當檢測到有行人通過時，可以自動打開風門，并配有語言播報系統，可以開關門的同時外放語音預警，防止誤傷，真正做到安全無誤。另一種控制方式為人工操作電控閥控制，在人員或車輛通行較多時，僅靠傳感器不足以完成開啟和關閉的工作，這時候，人工控制開關，使得車輛和行人有足夠的時間通過風門。這種控制方式的權限大于感應器的控制，避免機械傷害。

3 現場應用

某礦的3號層1208巷道為采區主要運輸途徑，采用軌道運輸的方式。為了調整和控制大巷內的風流,在1208運輸巷道集中風區設置了兩扇風門，由木質材料制成，手動控制開啟和關閉。然而，1208巷道內運輸量和人流量都十分大，因此需要安排多名工人分別在兩道門專職工作，額外消耗了大量的勞動力。同時，大巷的積水水量也很多，導致風門底部長期泡在水中，其結果為風門底端木質腐爛，風門不再完整，無法控制風量，降低了井下通風的質量，還需要工人時常維修，增加了成本。車輛和人員的頻繁穿越風門，需要工人開啟風門次數增加，多次出現兩道風門同時被打開。這不僅影響煤礦通風系統的穩定性，而且導致相鄰區域的風量分布不均。高瓦斯礦井容易產生瓦斯積聚，礦井瓦斯事故是由通風不良造成的。因此，鑒于這種情況，該礦通風組設計了一套煤礦聯鎖氣動控制節流閥并安裝在1208運輸干道上進行試驗。

3.1 聯鎖氣動控制風門組成

1）聯鎖氣動控制風門的組成主要有四部分：激光部分，包括遠程激光發射器和對應的感應器；控制部分，包括聯鎖開關和伸縮臂；鏈接部分，包括風壓管線和各種電線和電纜；排水泄水系統。

2）聯鎖氣動控制風門規格按照施工巷道斷面規格進行定制，1208巷道共安裝兩道風門，根據礦山要求的行車速度和人體工程學，兩道風門間的距離設置為30 m，這樣可以保證人員在風門自動聯鎖關閉時到達指定位置。同時，為了避免風門底端被井下積水浸泡而腐蝕的情況，特采用鋼材包裹，風門內芯為木質，外皮為0.5 mm厚的鋼板[2]。

3）在兩道風門間，容易被風門掛帶進井下廢水，形成積水，這就會導致人員和車輛通行的不便，因此，需要配備臨時排水系統，保證風門間行動的方便快捷。在通道兩側設置排水渠、臨時水倉，配一套完整的排水設備。

4）激光部分由激光發射儀、探測器及其鏈接線路組成。其與伸縮臂連接，伸縮臂位于風門內側，兩道風門都只可向內側打開。

3.2 聯鎖氣動控制閥的工作原理

1）當井下工作車輛或者工人需要穿行風門時，到達風門前一定距離后，車輛或人體會擋住激光儀持續射出的紅外線，安裝在另一側的探測儀在設定時間內沒有接受到紅外信號，就會自動向聯鎖開關傳遞信號，聯鎖開關接受信號后的操作為聯通點源，風壓伸縮臂有電后立刻反應，自動打開第一道門，車輛和人員直接進入。此時，第二道風門未接受信號，仍被聯鎖處于關閉狀態。

2）在車輛或行人進入第一道風門后，此時前一道風門的探測器長時間未接受信號，激活第二道風門的伸縮臂，解除聯鎖。

3）當車輛或行人經過第二道風門前方的探測器時，與第一道風門工作原理相同，在聯鎖開關控制下打開第二道風門，同時第一道風門聯鎖關閉狀態。

4）當車輛或行人還未穿過完，或其他情況下，一道風門打開，仍需打開另一道門時，可以采用人工獨立開啟的方式。

3.3 應用效果

經過通風隊設計的煤礦聯鎖氣動控制風門在井下使用一段時間后，效果十分明顯，有效解決了以往設計上的缺陷，顯著提高了通風質量。根據其2015年的統計數據和維修臺賬顯示，1208巷道維修風門十余次，其中，有一次風門損壞嚴重，無法維持基本的供風能力，因此而停產。這些維護成本估算為15萬元人民幣。在安裝連鎖氣動風門后的2016年，有效解決了傳統木質風門的控風能力差，消耗勞動力，維修成本高等問題。從安裝起到安裝后的12個月，其維修和更換耗件的費用僅為1.5萬元，停工停產次數為0，僅需要正常的檢修和個別情況下工人去控制電動閥，大大降低了風門的維護成本和人員消耗。

4 結論

1）本文設計的煤礦聯鎖氣動控制風門，在實際企業中應用效果極好，保證了井下通風的質量，保障了工人的生命安全，具有極大的推廣價值。

2）新設計的風門與其配備的排水設施，有效解決了因為井下積水導致的風門腐蝕問題，減少了維修頻率，延長了風門的使用壽命，為企業降低了成本。

3）新型風門的操作簡單，反應也十分靈敏，完全可以滿足井下人員和車輛通過風門的次數和頻率，真正實現了安全通風。

4）新型風門的控制方式仍有部分缺陷，如果在較小的井下，風門間的間距和風門的大小都不夠大時，同一輛在經過時，其車輛的前段和后緣會同時觸發風門兩側的激光探測儀，這會導致風門的不互鎖。一旦風門被切斷，失去了聯鎖控制，則需要手動操作。