淺談超開角智能風門系統設計

李勇，孫方

（北京天地華泰礦業管理股份有限公司，北京 100000）

風門是礦井通風的重要保障設施，是通風安全不可缺少的一道關口。為了保障礦井通風安全，煤礦井下需要構筑許多風門。東溝煤礦井下風門多為傳統的正反雙向開啟的手動無壓風門，聯鎖裝置采用配重式連鎖。這種風門具有正反雙向控風的優點，不必再安設反向風門，安裝沒有方向要求。缺點是兩扇風門靠配重實現密閉與連鎖，兩扇風門之間的密封條易損壞。開啟力與配重有關，配重重量大開啟不便，配重重量小時風門密封不嚴實，開啟角度達不到90°，車輛通行容易碰撞風門等問題。隨著煤礦自動化、智能化建設的加快，這種風門已經不能滿足要求，為此特提出超開角智能無壓風門系統的設計。

1 國內礦井風門的發展現狀

我國早期煤礦大多數使用木質風門，隨著煤礦行業發展，木質風門基本被鐵質風門替換，但由于煤礦井下風壓大，造成風門開啟困難，行人、行車通過風門時風門關閉速度快，易出現風門碰車碰人事故。隨著無壓風門的發展，煤礦井下基本杜絕了風門碰車碰人的事故。但還是存在風門開啟角度達不到90°，風門閉鎖不可靠現象，給煤礦井下通風系統造成了隱患；在煤礦生產過程中，目前大多都是手動風門，自動化程度低，車輛（人員）通過時要人力開關風門，運輸效率低。不能滿足煤礦自動化、智能化發展需求。

2 超開角智能無壓風門系統設計

2.1 超開角智能無壓風門系統的主要設計內容

（1）超開角智能無壓風門系統總體方案的設計；（2）門體及傳動系統設計；（3）超開角智能無壓風門系統的控制系統設計。

2.2 超開角智能無壓風門系統的組成及工作原理

超開角智能無壓風門系統采用智能化、控制功能強的PLC，車輛（人員）位置檢測系統、中文語音提示系統、紅綠燈信號指示系統及自動下垂連鎖裝置，配置超開角無壓風門來實現風門的自動化、智能操作。超開角智能無壓風門系統工作原理如下圖所示：

超開角智能無壓風門系統安裝在控風巷道中，有兩個風門A和B。如上圖所示車（人）到達風門A時，系統識別后進入開啟模式，風門A開啟，同時發出語音“風門A開啟，請等待”。待風門A開啟時風門B自動下垂連鎖裝置同時生效。風門A開啟后，傳感器接收信號，同時發出語音“風門A已開啟，請通行”。車（人）通過風門A后，系統識別后關閉風門A。風門A關閉后，車（人）到達風門B后，過程同前。如果車（人）由風門B方向通行，過程一樣。

遠程控制時，通過可視化視頻系統，監測到車（人）到達風門A，調度中心值班人員可操控電腦，打開風門A，讓其通行。通過后，遠程關閉風門A。通過風門B時，過程一樣，均是由調度中心值班人員遠程操控。

手動操作下，車輛（人員）需要通過風門時，從A門進入，將按CK1觸控傳感器（開），A門自動打開，開門到位后，自動停止位置，通過風門A后，通過操作CK2觸控傳感器（關），關閉風門，到位后，自動停止，如不按CK2，延遲一段時間后，自動關門。到達風門B后，按動CK3（開），B門自動打開，開門到位后，自動停止，按動CK4（關），關閉風門B，到位后自動停止位置，如不按CK4（關），延遲一段時間自動關閉。當控制系統及氣動執行機構出現故障失效時，可以打開氣動執行機構的泄壓閥后，人力開啟風門。遠程控制時，利用可視化系統，在調度室遠程操控風門開啟關閉。

2.3 門體及傳動系統設計

超開角手自無壓風門是由門框、門扇、密封條、拉簧、鏈輪、鏈條、油缸、自動下垂連鎖組成。

門框、門扇均由不銹鋼材制成，密封條由礦用橡膠密封帶制成，安裝在門扇四周。拉簧使用高強度彈簧，一端固定在門框另一端固定在門扇上。鏈輪采用高強度鏈輪，直徑不小于100mm，齒高不小于30mm，鏈條同樣采用高強度且與鏈輪相匹配。油缸采用直徑不小于50mm，行程不小于800mm，壓力0.4～0.6MPa，帶泄壓閥的氣動油缸。

自動下垂連鎖由直徑不小于5mm，高強度鋼絲、銷軸，厚度不小于30mm的Q335鋼板組成。自動下垂連鎖鋼絲線與連鎖鋼板連接，經過風門上安裝的導向輪經預留口與另一道風門的鏈條連接，以此實現風門連鎖。

門扇與門框連接采用新設計，取消以前銷軸式連接，改用伸出式連接。使風門的開啟角度遠大于90°。且在人力開啟時，開啟角度達到90°風門便不再自行關閉，開啟角度小于90°時，風門自動關閉。

圖1 超開角手自無壓風門系統工作原理圖

圖2 超開角手自無壓風門示意圖

2.4 超開角智能無壓風門系統的控制系統設計

（1）超開角智能無壓風門控制系統由PLC控制器，各類傳感器、檢測裝置等組成。

（2）PLC采用計算機結構，由中央處理單元、存儲器輸入輸出接口電路、總線單元和電源單元等組成。

圖3 PCL的基本結構框圖

（3）井下控制系統可接入地面調度總控系統，并安裝遠程監視視頻系統和遠程控制系統。

3 超開角智能無壓風門系統實施效果及經濟效益

超開角智能無壓風門系統在煤礦應用上，可以解決煤礦井下風門自動化、智能化水平低，運輸效率低，聯鎖裝置不可靠，可以實時監控風門狀況，進行遠程控制，大大提高了煤礦井下通風系統的自動化、智能化水平，保障了風門的可靠性，通風系統的穩定，使煤礦整體效益大幅提升。超開角智能無壓風門系統的設計完全符合《煤礦安全規程》要求，系統穩定，故障率小、電器元件設備均為本型設備，無大功率電氣設備，提高了超開角智能無壓風門系統的安全性。

4 超開角智能無壓風門系統主要創新點

（1）超開角智能無壓風門系統開啟關閉完全實現自動化，無須手動操作，提高了運輸效率，并可避免車輛撞壞風門事故的發生，確保了運輸安全。

（2）重新設計的自動下垂連鎖裝置，將連鎖裝置故障率大幅度降低，取代了傳統的繩索閉鎖、機械閉鎖裝置，杜絕了兩道風門同時開啟的可能，確保通風安全。

（3）超開角智能無壓風門系統設有停車線，開、關門傳感器，聲光語音報警箱，大幅度防止車輛碰撞風門、風門夾人等事故的發生，確保車輛（人員）的通行安全。

（4）超開角智能無壓風門系統設計安裝手動防爆磁控開關，光電脈沖感應失效后可隨時開關風門。

（5）超開角智能無壓風門系統的傳動系統設計安裝手控泄壓開關，出現停電后，可隨時人力開關風門。

（6）超開角智能無壓風門系統設計安裝聲光語音報警器，隨時廣播風門開閉狀況，提示人員車輛順利通過。

（7）風門紅外傳感器采用反應靈敏、抗干擾性強的紅外傳感器，確保系統的高靈敏度，控制器采用高性能PLC控制器及遠程數字通訊技術，抗干擾性能好。

（8）超開角智能無壓風門系統還可以與地面調度室連接，安裝遠程視頻監控與控制系統。

5 結語

綜上所述，本文結合東溝煤礦井下風門的一系列缺點如風門連鎖裝置故障率高、開啟角度小、車輛通行容易碰撞風門，自動化、智能化水平低等實際情況提出了超開角智能無壓風門系統設計，解決了上述問題，并提升了風門系統的可靠性、自動化、智能化程度，值得在其他項目中參考應用。