自動感應閉鎖風門在煤礦中的應用

葛玲軍

（山西焦煤霍州煤電集團呂梁山煤電有限公司方山店坪煤礦， 山西 呂梁 033102）

引言

風門是門框的重要通風設施之一，在不影響通車、行人的情況下通過風門控制可對采掘工作面風流方向、風流大小進行控制，根據煤礦安全規程規定：“為了防止風流紊亂現象，煤礦井下風門在開啟時嚴禁同時打開兩道風門”；目前我國煤礦井下風門主要有人工開啟、鋼絲繩閉鎖以及風電閉鎖三種開啟方式，人工開啟勞動作業強度大、安全系數低；鋼絲繩閉鎖風門故障率高，在開啟第一道風門后，第二道風門還能同時打開；而風電閉鎖風門故障率高，一旦出現斷電時兩道風門無法人工打開[1-3]；為了解決傳統風門存在的弊端，本文以店坪煤礦為研究對象，對2042巷安裝了一套新型自動感應閉鎖風門，并對其應用效果進行了分析。

1 店坪煤礦2042 巷概況

山西焦煤霍州煤電集團呂梁山煤電有限公司方山店坪煤礦2042 巷位于830 水平二采區左翼，工作面最高標高930 m，工作面最低標高828 m，工作面東為井田邊界，西為830 系統大巷，南為9-206 工作面，北與9-202 工作面相鄰。

2042 工作面設計走向長度為177 m，傾向長度為247 m，工作面沿9 號煤層底板進行回采，工作面的煤層傾角為0～8°，平均坡度為4°，煤層平均厚度為2.8 m，該面采用單一走向長壁式采煤法采煤，綜采采煤工藝，正巷、工作面采用全部垮落法管理采空區頂板，副巷采用沿空留巷管理巷道頂板。

2042 回采工作面采用W 型通風即工作面風流從2041 巷（運輸順槽）進入，流經工作面延后從2042 巷（回風順槽）進入總回風巷；同時206 工作面風流從2061 巷進入，回風流從2042 巷流入回風巷內，構成W 型通風系統，2042 巷的配風量為214 m3/min。

為了保證工作面回采期間正常通風，防止風流紊亂現象，決定在2042 巷距回風繞道15 m 處安裝兩道風門，風門間距為5.0 m，初步設計安裝兩道氣動風門，但是由于該風門用風量大，對工作面影響大，且故障率高，所以決定安裝兩道自動感應閉鎖風門。

2 自動感應閉鎖風門結構組成及工作原理

2.1 自動感應閉鎖風門結構組成

1）2042 巷安裝的自動感應閉鎖風門主要由風門門體、重力錘、重力錘套件、鋼絲繩、紅外線感應裝置、PLC 控制器、獨立供電裝置、液壓系統等部分組成，其結構如圖1 所示。

圖1 2042 巷安裝的自動感應閉鎖風門結構示意圖

2）2042 巷共計安裝兩道風門，每道風門由兩塊門體組成，兩道風門安裝間距為5.0 m，每道風門安裝一套液壓系統，液壓系統主要由液壓伸縮桿、液壓泵等部分組成；其中液壓伸縮桿安裝在風門門體上。

3）紅外線感應裝置安裝在兩道風門外圍，距風門距離為5.0 m，該裝置主要由紅外線發射器、接收器等部分組成，紅外線發射器可發射連續穩定的紅外線。

4）PLC 控制器與兩道風門液壓系統供電裝置連接，通過控制器可對兩道風門開啟進行閉鎖作用；獨立供電裝置主要對兩道風門紅外線感應裝置、液壓系統進行獨立供電。

5）每道風門的兩道門體之間安裝重力錘套件，在套件上方安裝定滑輪，然后采用一根鋼絲繩通過滑輪間固定重力錘，重力錘質量為25 kg，鋼絲繩分別與兩道風門連接。

2.2 工作原理

1）在未行人或通車狀態下紅外線感應裝置發出連續穩定的紅外線，此時通過控制器控制作用兩道風門處于關閉裝置，當有行人或行車時，人員或車輛阻擋了紅外線，當接收裝置連續5 s 未接收到紅外線時系統判斷為有物體通過，此時及時將檢測信號傳送至PLC 控制器內。

2）PLC 控制器接收信號后及時對信號進行處理，并對液壓系統聯鎖開關發出“開啟”指令，此時聯鎖開關及時打開第一道風門液壓伸縮桿電控液壓，液壓伸縮桿在液壓作用下打開第一道風門門體。

3）由于第一道風門門體上固定鋼絲繩，鋼絲繩另一端與重力錘連接，當地一道風門打開時，鋼絲繩出現松弛，此時重力錘在重力作用下落入重力錘套件內，實現第二道風門閉鎖。

4）當人員或車輛進入風門后，此時紅外線接收裝置再次接收連續穩定的紅外光束后再次將接收信號發送至PLC 控制器內，控制器接收信號后對信號進行處理，并通過聯鎖控制租用關閉第一道風門液壓伸縮桿電控液閥，打開第二道風門液壓伸縮桿電控液壓，此時第一道風門關閉，第二道風門打開。

5）第一道風門在關閉時通過拉動鋼絲繩帶動重力錘棟套件內拉出，第二道風門閉鎖解除，當第二道風門在打開時安裝在第二道風門后方的鋼絲繩松弛，此時第一道風門后方的重力錘落入重力錘套件內，第一道風門閉鎖。

3 自動感應閉鎖風門結構優缺點

3.1 優點

1）風門成本費用低：相比傳統的氣動風門，自動感應閉鎖風門成費用相對較低，裝置故障率低且便于操作維護，2042 巷內安裝兩道感應風門成本費用不足0.52 萬元。

2）自動化水平高：與傳統人工開啟風門相比，自動感應閉鎖風門利用紅外感應裝置、PLC 控制裝置以自動判斷是否有人員及車輛通過風門，并自動打開風門，自動化水平高，全程無需人工干預，降低了人工開啟風門勞動作業強度，同時保證了風門開啟安全系數。

3）故障率低：與傳統氣動風門相比，自動感應風門采用獨立供電系統，解決了傳統風門在使用時因工作面停風或風壓不足，導致風門無法打開等難題，若一旦出現斷電時風門液壓系統失效，采用人工能夠開啟風門，人工開啟風門時同樣能夠實現兩道風門閉鎖。

4）實用性強：自動感應閉鎖風門可用于采掘工作面中，而且還可用于主巷道內，受作業環境等影響小，實用性強、應用區域廣。

3.2 缺點

但是自動感應風門在實際應用中還存在一些不足，需進一步優化改進，主要表現在以下幾方面：由于回風順槽內粉塵濃度大，液壓系統受回風流中粉塵污染嚴重，需定期進行粉塵清理；風門頻繁開啟，導致鋼絲繩磨損嚴重，需定期對鋼絲繩斷絲情況進行檢查，必要時必須及時更換。

4 實際應用效果

店坪煤礦于2020 年5 月12 日對2042 巷原風門進行優化改造，安裝了一套自動感應閉鎖風門，主要包括門體四塊、紅外感應裝置兩套、液壓系統兩套、PLC 控制裝置一套、獨立供電系統一套。

截止2020 年11 月17 日通過6 個月實際應用效果來看，自動感應閉鎖風門在使用過程中未發生一起因系統斷電導致風門無法打開等故障，通過預算采掘工作面安裝自動感應閉鎖風門相比傳統風門全年可減少設備維修費用達40 余萬元。