煤礦風門自動閉鎖氣動控制裝置的設計與應用

胡福麗

（西山煤電集團公司，山西 太原 030000）

1 項目概況

西山煤電集團官地礦井下通風系統在進、回風巷道之間設置普通單門扇風門，主要是方便人員和物料的通行需要，同時也可以用來控制風量。但是從該礦以往的實踐過程來看，普通單門扇風門的問題較多，主要有：人力推開風門需要強力，造成行人通車的不便；作業時采用防爆電器進行驅動，增加礦用電器失爆風險，存在嚴重的安全隱患；人工作業的自動化程度低，導致工人工作效率低下。針對這些問題，官地礦通過調研分析，設計了一種新型煤礦用風門自動閉鎖純氣動控制裝置[1-6]，從而可以有效解決普通單門扇風門存在的不足。

2 風門自動閉鎖純氣動控制裝置的設計

2.1 結構分析

針對普通單門扇風門存在的不足，設計了一種新型煤礦用風門自動閉鎖純氣動控制裝置，其結構如圖1。該裝置主要包括門框、氣動控制箱、互為閉鎖箱、紅外感應器、報警箱、橫梁等部件。

從圖中可知，該裝置中巷道內部安裝有第一門框和第二門框，兩者呈平行分布狀態，在門框上方開有水平設置的方形門槽，該方形門槽內壁安裝有橫梁，橫梁底部安裝有第一氣動門，橫梁的上方設置有安裝在門框上的聲音報警箱，通過設置的聲音報警箱可達到信息的及時通知、及時處理，提高了工作效率。巷道一側內壁固定安裝有氣動控制箱，巷道靠近氣動控制箱的位置固定設置有安裝在地面上的第一紅外感應器，第一門框與第二門框之間的位置設置有固定在巷道側內壁上的互為閉鎖箱，巷道靠近互為閉鎖箱的位置固定設置有安裝在地面上的第二紅外感應器，互為閉鎖箱實現了第一氣動門與第二氣動門之間的互為閉鎖關系，保證了巷道內的壓力平衡。

第一氣動門正面開有觀察窗，且觀察窗內通過密封圈嵌接有透明窗，通過透明窗可對巷道內的情況進行觀測處理。第一氣動門正面的外壁上固定安裝有兩個規格相同的門拉手，第一橫梁的背面設置有可旋轉的伸縮桿，且伸縮桿的一端通過螺栓活動安裝在第一氣動門一側外壁上，伸縮桿外壁通過螺栓固定連接有氣缸，伸縮桿一端套接有安全繩，第一橫梁正面一側的外壁上設置有定滑輪組，且安全繩傳動連接在定向滑輪組上，安全繩遠離伸縮桿的一端設置有千斤墜。

第一紅外感應器頂部通過螺栓固定安裝有入射窗，且第一紅外感應器內卡接有外殼，外殼底部固定安裝有集成芯片，集成芯片頂部設置有氧化鋁基板，氧化鋁基板頂部設置有感知元件，感知元件頂部設置有氧化膜，感知元件一側設置有場效應晶體管、集成芯片源極端子、接地端子和漏極端子。

定向滑輪組通過螺栓固定安裝在第一橫梁一側外壁上。定向滑輪組包括固定安裝在第一橫梁一側外壁上的固定支架，固定支架底端轉動連接有固定軸，固定軸通過軸套接有定向輪，定向輪軸心設置有定向滑套。

第一門框一側外壁固定安裝有門控箱，門控箱正面設置有攝像頭，且攝像頭下方設置有顯示屏，顯示屏一側設置有若干個等距離分布的控制按鈕，控制按鈕分別是緊急暫停按鈕、強制啟動按鈕和強制關閉按鈕。在遇到突發狀況時可對第一氣動門和第二氣動門進行手動控制，及時解決突發狀況。攝像頭可對巷道內進行監測，及時解決和杜絕突發狀況的發生。

圖1 自動閉鎖純氣動控制裝置結構示意圖

伸縮桿外壁開有圓形槽，圓形槽通過螺紋管連接在氣缸上，伸縮桿與螺紋管接口處設置有密封墊圈。伸縮桿為單向拉桿，伸縮桿插接在氣缸一端的內部，伸縮桿的一端固定安裝有活塞，伸縮桿通過活塞活動插接在氣缸的內部。

第一氣動門和第二氣動門的四周連接處均卡接有密封條，密封條采用龍骨式密封條橡膠材質制成。通過設置的密封條可對巷道內的風量進行有效控制，保證了巷道內的壓力平衡，避免了因風量而造成的安全隱患。

定向滑輪為不銹鋼材質，定向滑輪軸心處密布有潤滑層，避免了因使用時間過長而造成的滑輪卡死的狀況。入射窗外部設置有防護殼，入射窗的頂部覆蓋有防塵膜，降低了灰塵對紅外線的干擾作用，使紅外感應更加準確。

2.2 工作原理分析

當工作人員通過巷道步入第一紅外線感應器的感應范圍時，該礦用風門自動閉鎖純氣動控制裝置將信息傳達至控制面板，驅動氣動控制箱將第一氣動門打開，通過設置的互為閉鎖箱，第一氣動門打開時第二氣動門處于閉合狀態。工作人員通過第一氣動門時，控制面板通過控制互為閉鎖箱工作將第一氣動門關閉，當工作人員步入第二紅外線感應器時第二氣動門打開。當遇到突發狀況或機器故障時，可對門控箱進行操作，門控箱可對第一氣動門或第二氣動門進行強制啟動、強制關閉和緊急暫停處理。攝像頭可對巷道內的情況進行實時監控，通過聲音報警箱可對突發狀況通知播報。

2.3 特點分析

通過設置的紅外感應器，降低了人員通過時的手動開門的頻次，提升了工作效率，避免了由于人為開啟造成漏風而誘發的安全事故。通過設置的互為閉鎖箱，實現了氣動門A 開啟時保證了氣動門B的閉合，減少了風量的流失，保證了巷道內的壓力平衡，杜絕了因風量而造成的安全隱患。

通過設置的門控箱，實現了由于氣動門故障而造成的無法開啟和關閉的情況、在遇到突發情況時的緊急制動情況，攝像頭實現了對巷道情況的基本了解，解決了在面對突發情況時的緊急處理及應對。

3 實踐應用及效果分析

該新型煤礦風門自動閉鎖氣動控制裝置設計完成后，在西山煤電集團官地礦井下進、回風巷道之間進行了安裝應用。從2019 年5 月至2020 年10 月，該新型煤礦風門自動閉鎖氣動控制裝置工作狀態穩定，效果較好，主要表現有：實現了巷道內的壓力平衡；行人行車時，風門開啟便利，方便行人通行和運輸車輛的通行；風門的開啟實現自動閉鎖氣動控制，自動化程度高；安全隱患少，沒有因風門關閉問題而導致的安全事故發生。煤礦風門自動閉鎖氣動控制裝置的設計與應用實現了其設計目的，應用效果理想。