礦用聯(lián)鎖激光控制氣動(dòng)風(fēng)門設(shè)計(jì)應(yīng)用

張 超

（大同煤礦集團(tuán)雁崖煤業(yè)公司，山西 大同 037003）

1 概述

大同煤礦集團(tuán)雁崖煤業(yè)公司2311運(yùn)料繞道位于井田三盤區(qū)西翼，巷道長(zhǎng)度為105 m，巷道凈斷面規(guī)格為寬×高=4.5 m×3.1 m，斷面積為13.9 m2。

為了控制8311工作面回采期間風(fēng)量及風(fēng)流方向，工作面回采前期在2311運(yùn)料繞道平巷段安裝了兩道木質(zhì)風(fēng)門，采用人工開啟方式，使用過程中存在以下幾方面的問題：①自動(dòng)化水平低。每班需安排專人進(jìn)行開啟風(fēng)門，運(yùn)輸高峰期人工開啟風(fēng)門勞動(dòng)強(qiáng)度，勞動(dòng)成本費(fèi)用高。②木風(fēng)門易損壞。由于風(fēng)門安裝處位于低洼地帶，常年積水量較大，風(fēng)門長(zhǎng)期在積水中浸泡，易腐蝕損壞，維修費(fèi)用高，且出現(xiàn)漏風(fēng)現(xiàn)象，造成工作面通風(fēng)紊亂；③運(yùn)輸安全性差。三盤區(qū)采用無(wú)軌膠輪車運(yùn)輸方式，由于兩道風(fēng)門以外為斜坡段，運(yùn)輸車通過風(fēng)門前出現(xiàn)剎車系統(tǒng)損壞或風(fēng)門開啟不及時(shí)，很容易發(fā)生碰撞事故。

針對(duì)以上問題，通過技術(shù)研究決定對(duì)2311運(yùn)料繞道處風(fēng)門進(jìn)行優(yōu)化，設(shè)計(jì)了一套自動(dòng)控制風(fēng)門，并于2019年2月安裝應(yīng)用。風(fēng)門安裝使用前經(jīng)過了大同煤礦集團(tuán)公司質(zhì)檢部門及安全部門驗(yàn)收，并進(jìn)行了風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)。

2 自動(dòng)控制風(fēng)門結(jié)構(gòu)及工作原理

2.1 結(jié)構(gòu)組成

（1）礦用聯(lián)鎖激光控制氣動(dòng)風(fēng)門主要由風(fēng)門、電控靜壓風(fēng)閥、遠(yuǎn)程激光控制系統(tǒng)、聯(lián)鎖開關(guān)、PLC控制器、臨時(shí)排水系統(tǒng)等部分組成，如圖1所示。電氣部件及其他配件全部符合煤礦用防爆產(chǎn)品或本質(zhì)安全型產(chǎn)品。

（2）風(fēng)門共計(jì)兩道，風(fēng)門安裝間距為45 m，風(fēng)門主要由門體、風(fēng)壓伸縮壁、調(diào)節(jié)風(fēng)窗等部分組成，門體采用的是弧形金屬雙開門體，在門體一側(cè)安裝兩個(gè)風(fēng)壓伸縮臂，伸縮臂主要利用風(fēng)壓實(shí)現(xiàn)門體開關(guān)動(dòng)作，在另一側(cè)門體設(shè)置人行通道。

（3）遠(yuǎn)程激光控制系統(tǒng)主要包括低頻紅外線發(fā)射器、接收器、光信號(hào)處理器等部分組成，安裝在距風(fēng)門10 m處，當(dāng)人員或車輛通過時(shí)，連續(xù)紅外線被遮擋，并將信號(hào)傳遞至PLC控制器，從而控制風(fēng)門開關(guān)動(dòng)作。

（4）PLC控制器分別與遠(yuǎn)程激光控制系統(tǒng)中光信號(hào)處理器、電控靜壓風(fēng)閥、聯(lián)鎖開關(guān)等裝置連接，該裝置主要用于信號(hào)接收、處理并發(fā)出指令，進(jìn)行相應(yīng)保護(hù)動(dòng)作。

（5）臨時(shí)排水系統(tǒng)包括臨時(shí)水倉(cāng)、水泵、水位探測(cè)儀、控制開關(guān)、排水管路等部分。在距風(fēng)門前3.0 m底板處施工2個(gè)容量各為6 m3的臨時(shí)水倉(cāng)，水倉(cāng)上方安裝金屬鋼板。

圖1 自動(dòng)控制風(fēng)門結(jié)構(gòu)

2.2 工作原理

（1）車輛進(jìn)入運(yùn)料繞道后，在通過1#遠(yuǎn)程激光控制系統(tǒng)時(shí)，接收器無(wú)法接受激光器發(fā)射的連續(xù)紅外線，當(dāng)遮擋時(shí)間大于2 s時(shí)，光信號(hào)處理器及時(shí)將光信號(hào)，以及影響采集儀成像信號(hào)同時(shí)傳遞至PLC。

（2）PLC控制器接受信號(hào)后，及時(shí)進(jìn)行信號(hào)處理，并發(fā)出“開啟”指令至聯(lián)鎖開關(guān)，聯(lián)鎖開關(guān)對(duì)電控靜壓風(fēng)閥供電，閥門打開并對(duì)風(fēng)壓伸縮臂供風(fēng)，伸縮臂在風(fēng)壓作用下拉伸并帶動(dòng)門體移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)風(fēng)門開啟。

（3）當(dāng)車輛通過第一道風(fēng)門后，接收器再次接收到連續(xù)紅外線后，將信號(hào)傳遞至PLC控制器，控制器關(guān)閉電控靜壓風(fēng)閥，1#門體關(guān)閉，同時(shí)通過聯(lián)鎖作用，對(duì)2#門體電控靜壓風(fēng)閥供電，2#門體開啟。

（4）當(dāng)車輛通過2#門體和2#遠(yuǎn)程激光控制系統(tǒng)后，2#激光控制系統(tǒng)將車輛通過信號(hào)傳遞至PLC控制器，控制器接受信號(hào)后及時(shí)進(jìn)行信號(hào)處理，并對(duì)聯(lián)鎖開關(guān)再次下發(fā)“關(guān)閉”指令，2#門體電控靜壓閥斷電，2#門體關(guān)閉，此時(shí)一個(gè)控制流程完成。當(dāng)車輛返回時(shí)控制方式與進(jìn)入繞道時(shí)控制方式相同。

（5）當(dāng)臨時(shí)水倉(cāng)內(nèi)水位上升至一定高度且觸發(fā)水位探測(cè)儀后，探測(cè)儀將水位信號(hào)傳遞至PLC控制器，控制器對(duì)聯(lián)鎖開關(guān)下發(fā)“開啟”信號(hào)，聯(lián)鎖開關(guān)及時(shí)對(duì)水泵開關(guān)供電，水泵自動(dòng)排水。當(dāng)水位下降到設(shè)定值時(shí)，水位探測(cè)儀再次將信號(hào)傳遞至PLC控制器，通過聯(lián)鎖開關(guān)斷開水泵開關(guān)電源，水泵停止排水。

2.3 優(yōu)點(diǎn)

（1）自動(dòng)化水平高。與傳統(tǒng)風(fēng)門相比，聯(lián)鎖氣動(dòng)控制風(fēng)門利用紅外感應(yīng)裝置以及PLC控制器聯(lián)鎖控制作用，實(shí)現(xiàn)了風(fēng)門自動(dòng)開啟、關(guān)閉，實(shí)現(xiàn)了全天候無(wú)人值守，降低了勞動(dòng)成本費(fèi)用。

（2）提高了設(shè)備壽命。風(fēng)門采用的是金屬材質(zhì)，且建立了自動(dòng)臨時(shí)排放系統(tǒng)，避免了木質(zhì)風(fēng)門受積水侵泡腐蝕，導(dǎo)致風(fēng)門使用壽命降低、漏風(fēng)等現(xiàn)象，降低了設(shè)施維護(hù)費(fèi)用。

（3）降低了運(yùn)輸事故率。風(fēng)門靈敏度高，當(dāng)運(yùn)輸車輛通過遠(yuǎn)程激光控制系統(tǒng)后，在5 s內(nèi)風(fēng)門自動(dòng)打開，從而避免因運(yùn)輸車輛剎車系統(tǒng)損壞或風(fēng)門開啟不及時(shí)，發(fā)生撞車事故，有效保證巷道運(yùn)輸安全。

3 應(yīng)用效果

2311運(yùn)料繞道安裝的聯(lián)鎖激光控制氣動(dòng)風(fēng)門成本費(fèi)用為4.72萬(wàn)元。通過5個(gè)月應(yīng)用效果觀察，安裝該風(fēng)門后在使用期間未出現(xiàn)積水現(xiàn)象，提高了風(fēng)門使用周期，全年可節(jié)約維修費(fèi)用達(dá)21.00萬(wàn)元，降低勞動(dòng)成本費(fèi)用達(dá)19.00萬(wàn)元。同時(shí)，提高了自動(dòng)化水平，降低了運(yùn)輸事故率，保證了巷道通風(fēng)、運(yùn)輸安全，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)、安全效益。