激光感應全自動風門在副斜井中的應用研究

曹志勇

（山煤國際能源集團股份有限公司， 山西 太原 030000）

引言

通風系統是煤礦生產系統中的重要組成部分，主通風機設備主要承擔輸送新鮮空氣、排出粉塵的任務，而風門主要起到控制風量大小、方向，防漏風的作用[1-3]。風門可以有效保障煤礦井下有足夠的新鮮空氣，可以沖淡井下有毒有害氣體和粉塵，可以調節井下氣候，創造較好的工作環境。但是從當前煤礦井下風門的實踐應用情況來看，風門一般采用人工手動操作進行開啟，自動化程度不高，且常在風門位置發生安全事故，安全隱患較大[4-6]，因此，提供一種激光感應全自動風門并進行應用是非常有實踐意義的。

1 經坊煤業概況及其副斜井風門情況分析

1.1 經坊煤業概況

山煤國際能源集團經坊煤業為國有重點煤礦，位于山西省長治縣新建路115 號，1985 年始建，1988 年投產。經坊煤業礦井屬沁水煤田，批準開采3 號煤層，瓦斯礦井，煤層平均厚度6 m，傾角2°～10°。老頂為中粒砂巖，厚度5.72 m；直接頂為石灰質泥巖，厚度1.66 m；偽頂為泥巖，厚度0～0.7 m；底板為粉砂巖，厚度1～9.9 m；頂板穩定。礦井正常涌水量為48 m3/h，最大涌水量為162.5 m3/h。采用立井斜井混合、單水平分區開拓方式，走向長壁綜采放頂煤采煤，回采工作面采用液壓支架支護。掘進工作面為綜掘機掘進，采用錨網支護。主斜井采用膠帶輸送機提升，回采工作面采用刮板輸送機運輸，順槽、采區及大巷內采用膠帶輸送機運輸，進風立井提升采用落地式多繩摩擦輪式提升機，大巷、采區為無極繩絞車。通風方式為中央邊界式，通風方法為抽出式。礦井采用雙回路供電，礦井采用中央集中排水方式。

1.2 副斜井風門情況分析

經坊煤業副斜井斜長為2 913 m，傾角6°，采用砌碹支護，承擔全礦材料設備下送及其他輔助提升任務，承擔進風任務，是安全出品之一。

為控制副斜井風量大小、方向、漏風情況，在副斜井2 550 m 位置處設置有兩道鐵質風門，風門之間的間距為30 m。鐵質風門的啟閉主要是采用人工操作，自動化水平較低。當輔助運輸車輛經過兩道鐵質風門時，必須由專職風門操作工進行開啟和關閉操作。工作流程為：開啟第一道鐵質風門，車輛進入風門中間位置，關閉第一道鐵質風門，開啟第二道鐵質風門，車輛出第二道鐵質風門。

從輔助運輸車輛進出副斜井風門的情況來看，安全問題頻發，僅僅從2020 年1—12 月的情況來看，就已發生了5 起因輔助運輸車輛失控撞擊鐵質風門的安全事故，造成了2 個輕傷及80 萬元的經濟損失。原因主要有：副斜井輔助運輸車輛車流量大，副斜井運輸效率不高，副斜井坡度影響行駛安全，風門崗位工作人員勞動強度大，風門啟閉的自動化程度低。

基于以上原因，為提高副斜井風門啟閉的自動化程度，提高車輛過風門的安全性，針對性地設計及提供了一種激光感應全自動風門，其可有效提高風門啟閉的安全性，有效地降低工作人員的勞動強度。

2 激光感應全自動風門的結構及原理

2.1 風門結構

設計的激光感應全自動風門結構如下頁圖1 所示，該風門主要包括風門主體、風門收縮硐室、風門主體驅動裝置、防夾激光感應裝置、液壓操縱桿、滑道、滑輪、風門導軌電感應器、激光感應器、風門收縮硐室、PLC 控制箱、機電硐室、操作硐室等結構。

圖1 激光感應全自動風門結構示意圖

風門主體由寬度為2.8 m 的2 個單獨門體組成，風門主體總寬度5.6 m，2 個單獨門體可以進行平移。

風門收縮硐室的設計尺寸為寬×深×高=1.2 m×2.6 m×5.0 m。風門收縮硐室內安設有風門主體驅動裝置，風門收縮硐室口安設有防夾人激光感應裝置。當激光感應器采集到相關信號后，會觸發收縮風門硐室內的風門主體驅動裝置，進而可以驅動液壓操縱桿實現對風門的開啟或閉合作業。同時在設置風門收縮硐室口安設的防夾人激光感應裝置，可以在采集到風門處有夾人現象發生后，使得激光感應器觸發驅動液壓操縱桿開啟風門。

風門安設的激光感應器由激光發射器和激光接收器兩部分組成，激光感應裝置安裝位置為距風門10 m 處巷幫上，高度為距巷道底板1.5 m。激光感應器接收器部分采用通信電纜與PLC 控制箱進行連接，對采集到的信息進行分析處理，并發布動作指令。

在巷道頂、底板位置安設2 根5.6 m 的滑道，并采用錨桿固定。風門門體通過滑輪與滑道連接固定。

2.2 風門工作原理

第一，當副斜井輔助運輸車輛運行至設置在風門前方10 m 位置時，該位置處的激光感應器能采集到相關信號，并將信號傳遞至PLC 控制柜。

第二，PLC 控制柜對接收的信號進行分析處理后，發布“開啟”動作指令，風門主體驅動裝置驅動液壓操縱桿將風門門體快速拉入風門收縮硐室內。

第三，第一道風門在開啟過程中，由“PLC 控制箱+聯鎖開關”實現對第二道風門的閉鎖，當副斜井輔助運輸車輛運行進入第一道風門后，激光感應器采集到相關信號，并將信號傳遞至PLC 控制柜進行分析處理，發布“關閉”動作指令，此時第一道風門在液壓作用下復位，收縮在風門收縮硐室內的風門復位進行風門關閉。

第四，第一道風門關閉后，PLC 控制柜對采集到的信號分析處理后，在聯鎖作用下發布對第二道風門的“開啟”動作指令，同時閉鎖第一道風門。

第五，若風門在關閉狀態下有人員或車輛強行通過時，設置在風門收縮硐室口的防夾人激光感應裝置可以采集到信號，并將信號傳遞至PLC 控制箱，經分析處理后風門會發布“開啟”動作指令，驅動液壓操縱桿開啟風門，以免發生夾人安全事故。

3 實踐應用及效果分析

經坊煤業從2021 年1 月對該煤礦副斜井原2 道

鐵質風門進行改造，安設了一套激光感應全自動風門，經安裝調試并投入應用。從2021 年2 月—2022年

1 月期間，激光感應全自動風門的運行整體穩定，能有效安全地實現風門的啟閉，保障了副斜井人員及輔助運輸車輛的安全通行。對比改造之前的風門設計，

改造后激光感應全自動風門的應用效果理想。激光感

應全自動風門的自動化程度較高，可以實現風門的自動啟閉，無須人員操作，不需要設置專業崗位，可實現

無人值守。

激光感應全自動風門應用后，副斜井風門位置沒

有發生一起因輔助運輸車輛發生碰撞的安全事故，安

全效益顯著。激光感應全自動風門應用后，全年可節約人力成本費用約25 萬元，全年可節約風門維修費用約33 萬元，經濟效益顯著。