氣控風(fēng)門(mén)自動(dòng)閉鎖裝置設(shè)計(jì)與實(shí)踐應(yīng)用研究

劉文龍

（大同煤礦集團(tuán)同生千井煤業(yè)有限公司，山西 朔州 036900）

大同煤礦集團(tuán)同生千井煤業(yè)為突出礦井，在井下相應(yīng)巷道構(gòu)筑了防突風(fēng)門(mén)，為井下通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)流控制及安全生產(chǎn)起到了積極作用。但千井煤業(yè)井下防突風(fēng)門(mén)采用人工開(kāi)啟，在負(fù)壓大的巷道實(shí)踐應(yīng)用中存在開(kāi)啟難度大、傷人事故頻發(fā)、風(fēng)門(mén)損壞嚴(yán)重等問(wèn)題，造成巷道漏風(fēng)情況嚴(yán)重，影響巷道運(yùn)輸效率，必須對(duì)其進(jìn)行自動(dòng)化控制系統(tǒng)的優(yōu)化改造。

1 工程概況

大同煤礦集團(tuán)千井煤業(yè)有限公司礦井通風(fēng)方式為中央并列式，主、副井進(jìn)風(fēng)，回風(fēng)井回風(fēng)，通風(fēng)機(jī)工作方式為抽出式。該煤礦為煤與瓦斯突出礦井，對(duì)防突風(fēng)門(mén)等通風(fēng)設(shè)施構(gòu)筑要求嚴(yán)格。

當(dāng)前千井煤業(yè)井下防突風(fēng)門(mén)均采用人力使用杠桿進(jìn)行開(kāi)啟，并采用套筒式風(fēng)門(mén)連鎖裝置，但是在井下負(fù)壓較大巷道里存在風(fēng)門(mén)開(kāi)啟難度大的問(wèn)題；人力操作杠桿時(shí)，易發(fā)生杠桿傷人事故，安全性低；基于負(fù)壓原理關(guān)閉風(fēng)門(mén)，強(qiáng)大的沖擊力易對(duì)風(fēng)門(mén)門(mén)扇及門(mén)框造成大的損壞；風(fēng)門(mén)使用一段時(shí)間后需要進(jìn)行維修或更換，否則漏風(fēng)嚴(yán)重。

從以上分析可知，千井煤業(yè)井下巷道防突風(fēng)門(mén)實(shí)踐應(yīng)用問(wèn)題較多，為保障該煤礦井下通風(fēng)系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性，以井下壓風(fēng)為動(dòng)力源設(shè)計(jì)了一種新型氣控風(fēng)門(mén)自動(dòng)閉鎖裝置[1-6]，可實(shí)現(xiàn)防突風(fēng)門(mén)啟閉的全自動(dòng)化，具有較好的安全經(jīng)濟(jì)效益。

2 氣控風(fēng)門(mén)自動(dòng)閉鎖裝置的設(shè)計(jì)

2.1 組成結(jié)構(gòu)

新型氣控風(fēng)門(mén)自動(dòng)閉鎖裝置如圖1，包括正向風(fēng)門(mén)、反向風(fēng)門(mén)、手轉(zhuǎn)閥開(kāi)關(guān)控制器、氣管通道、風(fēng)門(mén)閉鎖系統(tǒng)主控箱、活塞式氣壓缸體、固定件等。

圖1 新型氣控風(fēng)門(mén)自動(dòng)閉鎖裝置組成結(jié)構(gòu)示意圖

2.2 部分主要裝置作用

（1）手轉(zhuǎn)閥開(kāi)關(guān)控制器，該氣控風(fēng)門(mén)自動(dòng)閉鎖裝置共設(shè)計(jì)安裝有4 個(gè)手轉(zhuǎn)閥開(kāi)關(guān)控制器。手轉(zhuǎn)閥開(kāi)關(guān)安裝在正向風(fēng)門(mén)、反向風(fēng)門(mén)兩側(cè)，控制風(fēng)門(mén)的啟閉。開(kāi)關(guān)設(shè)置有零位/開(kāi)啟/關(guān)閉三種狀態(tài)，相互實(shí)現(xiàn)閉鎖，換向控制。

（2）活塞式氣壓缸體，該氣控風(fēng)門(mén)自動(dòng)閉鎖裝置共設(shè)計(jì)安裝有4 個(gè)活塞式氣壓缸體。活塞式氣壓缸體安裝在正風(fēng)門(mén)、反向風(fēng)門(mén)中間位置頂部區(qū)域，活塞式氣壓缸采用角鋼支撐架對(duì)其進(jìn)行固定，氣缸與門(mén)框關(guān)閉時(shí)呈水平狀，開(kāi)啟時(shí)呈垂直狀。活塞式氣壓缸體結(jié)構(gòu)如圖2，主要包括缸體、排氣孔、進(jìn)氣孔、活塞、活塞桿、固定裝置等部件，該活塞式氣壓缸體以壓縮氣體為動(dòng)力源，實(shí)現(xiàn)壓力轉(zhuǎn)換，增大壓強(qiáng)至數(shù)十倍，高壓出力。該氣壓傳動(dòng)穩(wěn)定，均能穩(wěn)定地實(shí)現(xiàn)正向風(fēng)門(mén)、反向風(fēng)門(mén)門(mén)扇的開(kāi)啟與關(guān)閉。

圖2 活塞式氣壓缸體結(jié)構(gòu)示意圖

（3）風(fēng)門(mén)閉鎖系統(tǒng)主控箱，該氣控風(fēng)門(mén)自動(dòng)閉鎖裝置設(shè)計(jì)在2 道風(fēng)門(mén)之間安裝有1 個(gè)風(fēng)門(mén)閉鎖系統(tǒng)主控箱，其作用：① 對(duì)巷道氣流進(jìn)行分配控制；② 根據(jù)優(yōu)先原則控制風(fēng)門(mén)的啟閉，實(shí)現(xiàn)風(fēng)門(mén)自動(dòng)關(guān)閉并連鎖。

2.3 工作原理分析

工作原理如圖3 所示，主要包括手轉(zhuǎn)閥開(kāi)關(guān)控制器部分、風(fēng)門(mén)閉鎖系統(tǒng)主控箱部分和活塞式氣壓缸體部分。在煤礦井下壓風(fēng)主管路中通過(guò)調(diào)壓及過(guò)濾裝置接入壓風(fēng)支管路，凈化后的氣流進(jìn)入風(fēng)門(mén)自動(dòng)閉鎖裝置后經(jīng)4 個(gè)手轉(zhuǎn)閥開(kāi)關(guān)控制器與主控箱活塞式氣壓缸體進(jìn)行連接，主控箱活塞式氣壓缸體對(duì)伸縮桿進(jìn)行控制進(jìn)而分配氣流走向。活塞式氣壓缸體伸縮桿推動(dòng)手轉(zhuǎn)閥可同時(shí)動(dòng)作碰觸H 型閉鎖傳動(dòng)軸連鎖風(fēng)門(mén)。

圖3 氣控風(fēng)門(mén)自動(dòng)閉鎖式裝置系統(tǒng)原理示意圖

3 氣控風(fēng)門(mén)自動(dòng)閉鎖裝置關(guān)鍵技術(shù)及動(dòng)作步驟

3.1 關(guān)鍵技術(shù)分析

將該煤礦井下壓風(fēng)引入到新型氣控風(fēng)門(mén)自動(dòng)閉鎖裝置系統(tǒng)，進(jìn)行調(diào)壓和過(guò)濾來(lái)作為動(dòng)力源，大幅度簡(jiǎn)化了防突風(fēng)門(mén)控制系統(tǒng)及工程的施工，可方便進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)管理。

新型氣控風(fēng)門(mén)自動(dòng)閉鎖裝置可有效實(shí)現(xiàn)防突風(fēng)門(mén)的連鎖+閉鎖要求，當(dāng)巷道打開(kāi)一道風(fēng)門(mén)后，則另一道風(fēng)門(mén)無(wú)法進(jìn)行動(dòng)作反應(yīng)，防止兩道風(fēng)門(mén)同時(shí)打開(kāi)造成巷道風(fēng)流短路問(wèn)題的發(fā)生。

新型氣控風(fēng)門(mén)自動(dòng)閉鎖裝置的調(diào)節(jié)活塞式氣壓缸體可對(duì)進(jìn)、排氣管路氣壓量進(jìn)行有效分配，保障風(fēng)門(mén)在開(kāi)、關(guān)平穩(wěn)，大幅降低頻繁開(kāi)、關(guān)動(dòng)作對(duì)風(fēng)門(mén)的損壞，有效延長(zhǎng)風(fēng)門(mén)的使用壽命。

該新型氣控風(fēng)門(mén)自動(dòng)閉鎖裝置依靠氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行控制，穩(wěn)定性和可靠性較好，可保障在拉緊狀態(tài)下風(fēng)門(mén)不會(huì)發(fā)生漏風(fēng)現(xiàn)象。

3.2 裝置動(dòng)作步驟

（1）開(kāi)啟風(fēng)門(mén)。當(dāng)行人通行并達(dá)到第一道風(fēng)門(mén)前，按動(dòng)位于本側(cè)的開(kāi)關(guān)按鈕，手轉(zhuǎn)閥控制器從零位打到開(kāi)啟位，氣流經(jīng)氣管到達(dá)風(fēng)門(mén)閉鎖系統(tǒng)主控箱，驅(qū)動(dòng)風(fēng)門(mén)活塞式氣壓缸體，開(kāi)啟風(fēng)門(mén)門(mén)扇。

（2）關(guān)閉風(fēng)門(mén)。當(dāng)行人通過(guò)第一道風(fēng)門(mén)后，按動(dòng)另一側(cè)開(kāi)關(guān)關(guān)閉按鈕，將手轉(zhuǎn)閥控制器從零位打到關(guān)閉位，氣流經(jīng)氣管到達(dá)風(fēng)門(mén)閉鎖系統(tǒng)主控箱，驅(qū)動(dòng)風(fēng)門(mén)活塞式氣壓缸體，關(guān)閉風(fēng)門(mén)門(mén)扇。

4 應(yīng)用及效果分析

4.1 井下現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

2021 年6 月，該新型氣控風(fēng)門(mén)自動(dòng)閉鎖式裝置在千井煤業(yè)8105 工作面軌道底抽巷防突風(fēng)門(mén)上進(jìn)行了安裝調(diào)試，并投入了實(shí)際應(yīng)用。該氣控風(fēng)門(mén)自動(dòng)閉鎖式裝置應(yīng)用至今，防突風(fēng)門(mén)和氣控風(fēng)門(mén)自動(dòng)閉鎖式裝置整體工作狀態(tài)理想，氣控風(fēng)門(mén)自動(dòng)閉鎖式裝置能有效地完成8105 工作面軌道底抽巷防突風(fēng)門(mén)的自動(dòng)開(kāi)啟和關(guān)閉，自動(dòng)化程度高，能有效地完成預(yù)期目標(biāo)。

4.2 效果分析

氣控風(fēng)門(mén)自動(dòng)閉鎖式裝置在千井煤業(yè)8105 工作面軌道底抽巷防突風(fēng)門(mén)上的應(yīng)用效果理想。（1）該裝置采用井下壓風(fēng)作為動(dòng)力源，對(duì)風(fēng)門(mén)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化開(kāi)啟和關(guān)閉，安全性和可靠性較好，有效地解決了以往采用人工開(kāi)啟時(shí)存在的問(wèn)題；（2）不需要人工開(kāi)啟后，有效地避免了以往杠桿起落期間容易傷到工作人員而發(fā)生的安全事故，有效保障了工人的利益；（3）依靠氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)控制風(fēng)門(mén)的關(guān)閉，風(fēng)門(mén)開(kāi)關(guān)過(guò)程平穩(wěn)，對(duì)風(fēng)門(mén)門(mén)扇及門(mén)框無(wú)損壞，有效地延長(zhǎng)了風(fēng)門(mén)的使用壽命；（4）巷道無(wú)漏風(fēng)情況，有效地保障了通風(fēng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

氣控風(fēng)門(mén)自動(dòng)閉鎖式裝置應(yīng)用后，8105 工作面軌道底抽巷防突風(fēng)門(mén)無(wú)一起因風(fēng)門(mén)開(kāi)關(guān)而導(dǎo)致的安全事故發(fā)生，安全效益顯著；對(duì)比之前人工開(kāi)啟方式，每年可節(jié)約人工、風(fēng)門(mén)的維修和更換費(fèi)用約15萬(wàn)元，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

5 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)千井煤業(yè)井下防突風(fēng)門(mén)人工開(kāi)啟應(yīng)用中存在的問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一種新型氣控風(fēng)門(mén)自動(dòng)閉鎖裝置，該裝置在8105 工作面軌道底抽巷防突風(fēng)門(mén)上進(jìn)行了實(shí)踐應(yīng)用。氣控風(fēng)門(mén)自動(dòng)閉鎖裝置可通過(guò)氣動(dòng)執(zhí)行裝置實(shí)現(xiàn)防突風(fēng)門(mén)打開(kāi)和關(guān)閉的全自動(dòng)化控制，安全性和可靠性較好，有效地保障了煤礦通風(fēng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，安全、經(jīng)濟(jì)效益顯著。