矿用摆动折叠式安全门的研究与应用

摘要：煤矿井口安全门是为了防止人员、矿车误进入危险区域，从而保证安全生产而设置的重要的安全设施。目前八矿副井井口采用折叠式安全门、链条拉动滑移式安全门及我国煤矿常用的罐笼顶开门、钢丝绳牵引式安全门、电动安全门等均存在不同程度的缺点。文章以煤矿提升系统安全为基准，对摆动折叠式安全门的研究与应用进行了探讨。

关键词：矿用摆动折叠式安全门；煤矿井口；安全设施；煤矿生产建设；副井提升 文献标识码：A

中图分类号：TD544 文章编号：1009-2374（2017）06-0209-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.06.104

1 概述

在煤矿生产建设中，副井提升是矿井人员上下、物料、设备运输的咽喉要道，而井口安全门的保护作用又是提升系统的重中之重。每年因井口安全门使用不当或保护不全，闭锁不可靠，造成井口坠物，掉落矿车，甚至有坠落人员恶性事故发生，给煤矿安全生产带来严重影响。摆动折叠式安全门具有动作灵活、开闭速度快、便于大/长物料或设备入罐、运行可靠、运动学优化、结构紧凑等特点，既满足八矿副井井口空间条件，又具有良好的经济技术性能，可从根本上解决目前我国立井安全门存在的不足，为副井提升的高效、安全、绿色运行提供保障。

2 研究内容与技术方案

2.1 技术经济指标

（1）闭锁功能：满足《煤矿安全规程》要求，可实现与操车系统的可靠闭锁；（2）良好的通过能力：有利于大/长物料或设备入罐下井；（3）开闭速度快：可在较大范围内调节安全门的开闭速度，最快开闭时间可达2.5s，从而大大提高产能；（4）可靠性高：结构合理，动作可靠，故障率低，维护工作量小；（5）抗冲击强度高：能够防止跑车事故；（6）开闭终点位置精确；（7）操作方便，运行平稳，振动噪声50分贝以下；（8）结构紧凑，占用空间小。

2.2 关键技术与创新点

该项目针对目前我国煤矿常用的立井安全门存在维护工作量大、噪声大、开闭时间长、下放大/长物料时需拆除安全门耗时耗力、故障率高、突然开停时加速度大容易伤人、容易发生误操作等难题，研究了摆动折叠式技术，在安全可靠性、减振降噪、减员增效方面取得了突破和技术创新。具体为：

2.2.1 主要科技创新之一：研究了摆动折叠式技术，增加了安全门的安全、可靠性。

新型安全门采用了平行四边形机构（图1）。安全门最下部横梁为主动横梁，由液压缸驱动。主动横梁的高度满足摇台开启要求，且具有足够的强度和刚度。其余横梁为从动横梁，且与主动横梁平行。各横梁之间采用多根相互平行的倾斜连杆连接。横梁与连杆成为一个由多个平行四边形构成的网状整体结构。

安全门开启时，液压缸驱动主动横梁向上摆动，主动横梁带动各从动横梁和倾斜连杆一起向上摆动。安全门上摆过程中，纵向连杆始终保持初始倾角。当门完全开启后，各横梁处于垂直状态且相互之间几乎没有间隙，紧密贴合。而纵向连杆之间也平行贴合在一起，从而使安全门在开启状态下具有最小的水平结构尺寸。这不仅有利于节省安全门的安装和工作空间，防止安全门受到意外撞击而损坏，而且有效地改善了横梁开启状态下的受力状态。

在安全门工作过程中，无论是开启还是关闭状态，本安全门都具有极高的安全可靠性。安全门完全开启时（图3）。此时纵向连杆为倾斜安装状态，倾角经计算确定。整个门扇的重力中心位于转动支撑销轴的左侧（图4），避免了安全门开启状态下停电时的自动下落关闭现象，提高了门的可靠性和安全性。

如果纵向连杆垂直布置，则门开启后的状态如图3所示。当安全门开启到位后，整个门扇的中心位于转动支撑销轴的右侧。这时安全门的重心在支撑点的右侧，安全门开启状态下停电时，会出现在自重的作用下有自动下落关闭的现象。

此外，安全门的液压系统中采取了液压闭锁措施，可有效地避免安全门开、闭过程中停电事故引起的安全门失控现象。

2.2.2 主要科技创新之二：研究了液压缸驱动控制技术，延长了安全门的使用寿命，减少了安全门的维护工作量。

在安全门液压控制回路中装设了双作用液控单向阀和调速阀，能够对安全门的开闭进行无级调速，从根本上消除了安全门开启和关闭时的冲击振动现象，提高了安全门运行的可靠性和安全性，延长了安全门的使用寿命，减少了安全门的维护工作量。

2.2.3 主要科技创新之三：研究了运动学优化技术，提高了开、闭灵活性，增强了运行稳定性，取得了减振降噪的效果。

该安全门采用具有稳定运动学特征的平行四边形机构，且针对具体情况（罐笼结构、立井生产条件等），优选了安全门关键运动件的运动学特征参数，并确定了安全门的最优开闭运动轨迹，使安全门机构具有良好的开、闭灵活性，且运动阻力小、动作平稳。

为了减小安全门关闭时与位于副立杆内的门端承接底座之间的冲击，从两个方面采取了措施：（1）在承接底座上设置了弹簧缓冲装置，以吸收二者相互接触瞬间产生的轻微冲击能量；（2）在液压操作系统方面进行了完善，实现了安全门开、闭的无极调速，从而能够根据实际情况在较大范围内对安全门开、闭速度进行调节，为提升设备安全高效生产提供了保障。而且从根本上消除了安全门关闭时的冲击振动、噪声现象，保证了安全门动作可靠性，延长了安全门的使用寿命，减少了维护工作量，且显著改善了井口工作人员的工作环境。

2.2.4 安全门运动学优化。该安全门采用具有稳定运动学特征的平行四边形机构，且针对具体情况（罐笼结构、立井生产条件等），优选了安全门关键运动件的运动学特征参数，并确定了安全门的最优开闭运动轨迹，使安全门机构具有良好的开、闭灵活性，且运动阻力小、动作平稳。

2.2.5 安全门减振降噪。为了减小安全门关闭时与位于副立杆内的门端承接底座之间的冲击，从两个方面采取了措施：（1）在承接底座上設置了弹簧缓冲装置，以吸收二者相互接触瞬间产生的轻微冲击能量；（2）在液压操作系统方面进行了完善，实现了安全门开、闭的无极调速，从而能够根据实际情况在较大范围内对安全门开、闭速度进行调节，为提升设备安全高效生产提供了保障。而且从根本上消除了安全门关闭时的冲击振动、噪声现象，保证了安全门动作可靠性，延长了安全门的使用寿命，减少了维护工作量，且显著改善了井口工作人员的工作环境。

2.2.6 安全门驱动方式。本安全门采用液压缸驱动，主要基于如下原因：（1）液压缸驱动控制准确，说停即停，而气缸驱动存在爬行、脉动等问题，供气开始时，由于开门阻力的作用，门并不动作，随着继续供气，气压上升，推力增大，当达到开门阻力后，门才开始动作。当开门到位后，停止供气，这时高压气体还会继续作用气缸工作一段距离，气压逐步下降，直到推力小于阻力时才停止工作，因此气缸驱动存在滞后问题；（2）新安全门的横梁采用60×40×5的矩形空心钢制作，斜竖杆为40×5的钢板制作，整个门扇的重量比较大，如果采用气缸驱动，则气缸的体积很大；（3）新安全门的液压缸安装在门柱的内部空腔内，其周围的三面是10mm的钢板挡护，只有安装进出油口的一面是敞开的，且该面正对巷道壁，能彻底保护液压缸不受到外部物体的碰撞；（4）液压缸杆伸出方向向下。因为开门时需要的推力大，这时是液压缸的无杆腔进油。关门时需要的力小，这时是有杆腔进油，实现了液压缸的最小化，能有效地节省井口安全门处的安装空间。另外，液压缸向下安装，活塞杆始终向下，可以防止外部淋水到达活塞腔入口，且淋水难以滞留在活塞杆上，减少淋水对活塞杆的侵蚀（为防淋水，设计中在门柱的上端面加有水平档板，能有效防止淋水滴落到液压缸上）。

3 结语

总而言之，在煤矿矿井提升运输方面，摆动折叠式安全门的应用有着非常深远的意义。它的应用可以使施工企业以最小化的生产成本为基点，获取最大化的经济利润。同时，摆动折叠式安全门能够避免安全事故的发生，提高设备自身的安全、稳定性能。它能够很好地提高煤矿生产的经济效益，提高煤炭资源的利用率。从长远来说，摆动折叠式安全门具有很好的推广价值。随着摆动折叠式安全门应用范围的不断扩大，我国煤炭行业必将会拥有更好的发展前景，走上可持续发展道路，实现经济效益、社会效益。

作者简介：林国分（1981-），男，内蒙古通辽人，天安煤业股份有限公司八矿运输二队助理工程师，研究方向：煤矿机电管理。

（责任编辑：周 琼）