立風井防爆蓋快速啟閉在主通風機自動化系統中的研究與應用

彭敏

摘 要 礦井自動化是確保礦井安全生產，實現可持續發展的重要過程，但是在主通風機實現一鍵倒機、反風等自動化現場操作時往往會遇到許多問題，通過對一種防爆蓋自動反風裝置的研究與應用，分析主通風機反風自動化操作時存在的問題，并進行解決，提升礦井主通風機發生的反風操作事故時應急處置的能力，提高礦井自動化水平。

關鍵詞 主通風機;防爆蓋;反風操作;自動化

引言

礦山企業進行自動化建設，實現智慧能化是解決目前礦井經營發展困難，實現可持續發展的主要方向。主通風機作為礦井重要的通風設備，實現自動化運行、倒機、調速等操作可以提高主通風機的自動化水平，縮短應急響應時間，降低事故率。但由于礦井主通風機進行反風操作時，使用頻次低、防爆蓋遠離操作臺等原因，并沒有實現真正將反風與主通風機的一鍵操作關聯在一起，一旦反風操作失誤，容易發生人員傷亡事故。因此，需要通過對一種防爆蓋自動反風裝置應用及設計使用情況進行研究，分析使用中存在的問題，并進行改進，提高主通風機的自動化水平。

1現狀分析

躍進煤礦使用主通風機為抽出式對旋軸流風機，型號：FBCDZ-10-No.32。設計有立風井井筒，防爆蓋型號：MFBL-5.0/450。

該主通風機通過自動化建設，可以實現對主通風機的電壓、電流、軸承溫度、風速等數據實時監控，并已經實現了“一鍵式啟動”、“故障風機自動化切換”等功能;可以實現通風機的遠程操作和監測，并能通過以太網將通風機運行情況發布給調度、機電、通風等職能部門以利決策。

2主通風機反風自動化的研究

主通風機在礦井中的主要作用是保證井下新鮮風流和井下職工的身體安全，確保安全生產。因此，必須確保主通風機始終連續運轉，并且能夠實現快速倒機、快速反風的要求。躍進煤礦的主通風機自動化系統中沒有實現反風自動化。

2.1 對防爆蓋起落狀態進行監控

主通風機司機在值班室內操作，距離井口防爆蓋較遠，在出現防爆蓋打開時，值班司機不能及時發現，容易造成事故的發生和擴大。

研究設計：在防爆蓋的周圍增加一套視頻監控，實現實時狀態監測，并將該信號傳輸至操作室;然后在防爆蓋的四周加裝兩組GFK30型風門開閉狀態傳感器連接防爆型的聲光語音報警裝置，將動作報警情況傳達到操作室，從而提醒值班司機，使其及時判斷處理異常情況。

2.2 反風期間立井防爆蓋防開啟自動壓緊裝置

主通風機進行反風操作期間，防爆蓋采用壓板通過螺栓固定壓緊，操作方法比較復雜，反風時需要多人同時操作并且操作用時較長。

研究設計：通過遠程控制，采用氣缸推動壓桿做往復壓緊（打開）動作，運用雙鉸鏈的工作特性來閉鎖裝置曲線運動，并實現遠程控制防爆蓋反風防開啟自動壓緊裝置的開合目的，提高防爆蓋鎖緊效率，實現自動化控制和遠程一鍵操作。

鎖緊裝置實施步驟：

（1）壓桿11由氣缸3推動可沿銷子10做前后擺動，在氣缸3縮回時，同步帶動壓桿11向回擺動，壓桿11的鎖緊裝置分離開，壓桿不壓防爆蓋，實現礦井正常通風。

（2）在礦井需要反風操作時，氣缸3升出，同步帶動壓桿11向前擺動，壓桿11的鎖緊裝置利用斜塊角度合攏閉合，壓桿壓住防爆蓋防止反風時防爆蓋開起，實現礦井反風操作。

（3）4個反風防開啟鎖緊裝置的4個氣缸通風空壓機提供氣源統一控制，由主通風機司機實現自動遠距離操作。

3主通風機自動反風存在的問題及解決方案

提高礦井主通風機的自動化水平，實現對主通風機防爆蓋起落狀態監測并安裝防爆蓋反風防開啟自動鎖緊裝置，可以提高系統安全可靠性，但是在使用過程中仍然存在一些問題需在改進并進行優化，以確保最大限度地降低主通風機事故率的發生，實現礦井安全生產。

3.1 立井防爆蓋升降時錯位問題

防爆蓋與井筒結合面一般凹槽搭接，周邊有橡膠條，并采用液體密封。立井防爆蓋在起落過程中，由于重錘架與起吊位置偏斜、重錘配重不平衡安裝變形、井下風壓不平衡等原因，防爆蓋在起落過程中會出現上下扭斜和左右方向的位移，在下落時防爆蓋不能順利落入井筒的油槽內，從而造成防爆蓋卡在井筒鎖口油槽內壁上，無法正常下落到位堵嚴和密閉井筒，容易造成井下風量減少或停風，引發事故。

解決方案：設計加裝防爆蓋起落定位、防錯位裝置，在防爆蓋均等的四個方向，加裝四套滑道裝置，限制運行方向不發生偏移，保證防爆蓋運行時不發生扭斜和錯位。加裝定位滑套穿過圓鋼，由鋼板焊接固定在防爆蓋上，在運行時定位滑套限制防爆蓋的扭斜和偏移，從而確保防爆蓋順利的開閉。

3.2 防爆蓋重錘裝置下落緩沖問題

立風井防爆蓋主要通過井筒上方儲油槽進行封密連接，防爆蓋 在升起和下落過程中，由于受井下風力作用影響防爆蓋的升降速度快，力量較大，升降過程不平穩。重錘裝置在防爆蓋起落的突然沖擊力作用下，鋼絲繩極易從滑輪中滑出，一旦鋼絲繩掉槽滑出滑輪，在鋼絲繩已經受力的情況下復位比較困難，會浪費大量礦井恢復正常通風的時間，可能造成出現通風事故。

解決方案：加裝重錘緩沖阻尼裝置

（1）根據新風井防爆蓋重錘墜坨片的外形尺寸（Φ450mm），設計采用Φ460mm×1500mm長的圓桶（使用Φ460mm舊管子制作），設計活動行程1300mm（實測活動行程1000mm）。利用重錘起落時對圓筒內空氣壓縮與張拉（空氣通過重錘與圓通間隙處流出、流入），延緩重錘起落速度。

（2）在圓桶正下方安裝扇形可調開口，達到調整重錘下落速度的目的。

（3）在4個圓桶底部安裝固定支腿。

原理：在防爆蓋上升時產生壓力Q，通過鋼絲繩在重錘的自身重量拉力下產生下降力F。

F在空氣中下落時阻力為： [1]

式中： C—空氣阻力系數

ρ—空氣密度

S—垂直風速的面積

V—相對空氣運動速度

通過分析得出：為緩沖重錘下落時的速度V，在空氣密度ρ 、面積S不變的情況下，需降低空氣阻力系數C 。

根據：空氣阻力? F阻=p氣gV 排[2]

得出結論：重錘下落時的速度與排開氣體的體積有關。因此，加工圓筒通過減少重錘下落時空氣外排的速度，降低重錘下落速度，同時在底部制作調氣窗口，實現調速控制功能。

4防爆蓋快速啟閉在主通風機反風自動化中的應用結果與分析

將主通風機防爆蓋快速啟閉應用到主通風機的自動化運行中是礦井提升自動化水平的必經過程，可以確保礦井快速、可靠反風，達到迅速控制災情，實施自救互救的目的。滿足《煤礦安全規程》中反風期間10 min內改變巷道中的風流方向要求，現場設計使用的反風期間立井防爆蓋防開啟自動壓緊裝置，能達到要求的效果。

5結束語

在煤礦企業自動化建設的發展過程中，每一個薄弱環節都可能影響到礦井安全生產。通過對躍進煤礦主通風機在自動化發展中可能存在的影響安全生產的問題進行優化、解決，將防爆蓋的反風操作過程接入到主通風機系統中去，提升了主通風機的自動化水平，有利于礦井安全、持續、高效發展。

參考文獻

[1] 陳皓，朱世峰.錐體下落過程的空氣阻力[J].自然科學報，2011，35 （3）：265-268.

[2] 沈澤洋. 探究影響浮力大小的因素[J].農村青少年科學探究， 2012，（10）：31.