煤矿联锁气动控制风门设计与应用

白晋栋

（山西新元煤炭有限责任公司, 山西 临汾 041000）

引言

当前，我国大部分煤矿井下通风系统都采用单开门或者双开门的设计，这样的设计有一定的优点，能够适应两个方向的风流。但是,也存在着许多不容忽视的缺陷。在井下，风流不都是一直以一个方向输送的，很多情况下需要改变风向，当风向改变后，风门也需要进行相关的操作。然而，现有的风门最大的缺陷就是在风流换向时无法实现自动互锁。这样的缺陷导致的结果就是风门会有两个都同时开启的状态，直接造成漏风等不利于井下通风质量的不良现象[1-2]。除此以外，还有其他人力和经济方面的问题，比如在较大的风阻下，手动操作的风门，很难被打开，需要很多专职的工人来做这一件事，这其实变相的消耗了井下职工的劳动力。另一方面，频繁的开启和关闭造成了风门的损伤，如果使用电气闭锁，造价和维护成本又十分高昂，经济方面也无法接受。因此，需要设计一套能够避免此状况的联锁气动控制风门，保障井下职工的安全，降低维修风门的成本。

1 设计目的

本设计的目的就是要克服现在技术上的缺陷，提供一种能够防止通风系统漏风，保证供气质量的联锁气动控制风门。与此同时，风门开启和关闭完成动作的速度要能够得以保证，开启和关闭不能太迟缓。最后，以往的风门都是木质的，很容易被井下积水腐蚀而损坏，所以新设计的风门要具有一定的耐腐蚀能力，增长使用寿命，控制方式也要相对经济实惠，降低使用成本。

2 风门的设计

设计风门为双门，为了避免两道门同时打开的情况，两道门互为联锁。风门前后都有红外激光器和与之对应的接收器，探测是否有人员或车辆要经过风门，接受的信号传递给机械部分，由机械部分打开和关闭。最后，风门内芯为木质材料，外面以钢材表皮包裹住，防止腐蚀。

2.1 驱动方式的设计

本设计采用的风门使用气动式驱动方式，以井网的压缩空气为动力通过气缸打开风门，它的结构简单、性能可靠、使用方便。

2.2 机械连锁装里的设计

机械连锁装置最重要的特征是采用机械连锁，将2块宽12 mm的槽钢整体焊接成后部固定板，2根直径为10 mm的无缝钢管焊接在一起，形成2个套筒[1]。在套筒中心线上切宽10 mm和长60 mm的孔，安装锁定块，锁定旋转块为三角形钢板，其角为圆弧面并旋转。块的中心与销的中心相等，安装时弧角垂直向下。销轴通过旋转块固定在后部固定板上，滑动体被单独加载到套筒中。钢丝绳通过滑轮连接到滑块的顶部，钢丝绳的另一端与风门连接。在工作状态下，一个风门开启时，滑动体碰撞转动块，转动块转向另一个套筒，防止另一个风门开启。

2.3 控制方式的设计

控制方式有两类，主要的控制方式为自动控制，在风门两侧装好的激光发射器和感应器配合工作，检测是否有行人要通过，当检测到有行人通过时，可以自动打开风门，并配有语言播报系统，可以开关门的同时外放语音预警，防止误伤，真正做到安全无误。另一种控制方式为人工操作电控阀控制，在人员或车辆通行较多时，仅靠传感器不足以完成开启和关闭的工作，这时候，人工控制开关，使得车辆和行人有足够的时间通过风门。这种控制方式的权限大于感应器的控制，避免机械伤害。

3 现场应用

某矿的3号层1208巷道为采区主要运输途径，采用轨道运输的方式。为了调整和控制大巷内的风流,在1208运输巷道集中风区设置了两扇风门，由木质材料制成，手动控制开启和关闭。然而，1208巷道内运输量和人流量都十分大，因此需要安排多名工人分别在两道门专职工作，额外消耗了大量的劳动力。同时，大巷的积水水量也很多，导致风门底部长期泡在水中，其结果为风门底端木质腐烂，风门不再完整，无法控制风量，降低了井下通风的质量，还需要工人时常维修，增加了成本。车辆和人员的频繁穿越风门，需要工人开启风门次数增加，多次出现两道风门同时被打开。这不仅影响煤矿通风系统的稳定性，而且导致相邻区域的风量分布不均。高瓦斯矿井容易产生瓦斯积聚，矿井瓦斯事故是由通风不良造成的。因此，鉴于这种情况，该矿通风组设计了一套煤矿联锁气动控制节流阀并安装在1208运输干道上进行试验。

3.1 联锁气动控制风门组成

1）联锁气动控制风门的组成主要有四部分：激光部分，包括远程激光发射器和对应的感应器；控制部分，包括联锁开关和伸缩臂；链接部分，包括风压管线和各种电线和电缆；排水泄水系统。

2）联锁气动控制风门规格按照施工巷道断面规格进行定制，1208巷道共安装两道风门，根据矿山要求的行车速度和人体工程学，两道风门间的距离设置为30 m，这样可以保证人员在风门自动联锁关闭时到达指定位置。同时，为了避免风门底端被井下积水浸泡而腐蚀的情况，特采用钢材包裹，风门内芯为木质，外皮为0.5 mm厚的钢板[2]。

3）在两道风门间，容易被风门挂带进井下废水，形成积水，这就会导致人员和车辆通行的不便，因此，需要配备临时排水系统，保证风门间行动的方便快捷。在通道两侧设置排水渠、临时水仓，配一套完整的排水设备。

4）激光部分由激光发射仪、探测器及其链接线路组成。其与伸缩臂连接，伸缩臂位于风门内侧，两道风门都只可向内侧打开。

3.2 联锁气动控制阀的工作原理

1）当井下工作车辆或者工人需要穿行风门时，到达风门前一定距离后，车辆或人体会挡住激光仪持续射出的红外线，安装在另一侧的探测仪在设定时间内没有接受到红外信号，就会自动向联锁开关传递信号，联锁开关接受信号后的操作为联通点源，风压伸缩臂有电后立刻反应，自动打开第一道门，车辆和人员直接进入。此时，第二道风门未接受信号，仍被联锁处于关闭状态。

2）在车辆或行人进入第一道风门后，此时前一道风门的探测器长时间未接受信号，激活第二道风门的伸缩臂，解除联锁。

3）当车辆或行人经过第二道风门前方的探测器时，与第一道风门工作原理相同，在联锁开关控制下打开第二道风门，同时第一道风门联锁关闭状态。

4）当车辆或行人还未穿过完，或其他情况下，一道风门打开，仍需打开另一道门时，可以采用人工独立开启的方式。

3.3 应用效果

经过通风队设计的煤矿联锁气动控制风门在井下使用一段时间后，效果十分明显，有效解决了以往设计上的缺陷，显著提高了通风质量。根据其2015年的统计数据和维修台账显示，1208巷道维修风门十余次，其中，有一次风门损坏严重，无法维持基本的供风能力，因此而停产。这些维护成本估算为15万元人民币。在安装连锁气动风门后的2016年，有效解决了传统木质风门的控风能力差，消耗劳动力，维修成本高等问题。从安装起到安装后的12个月，其维修和更换耗件的费用仅为1.5万元，停工停产次数为0，仅需要正常的检修和个别情况下工人去控制电动阀，大大降低了风门的维护成本和人员消耗。

4 结论

1）本文设计的煤矿联锁气动控制风门，在实际企业中应用效果极好，保证了井下通风的质量，保障了工人的生命安全，具有极大的推广价值。

2）新设计的风门与其配备的排水设施，有效解决了因为井下积水导致的风门腐蚀问题，减少了维修频率，延长了风门的使用寿命，为企业降低了成本。

3）新型风门的操作简单，反应也十分灵敏，完全可以满足井下人员和车辆通过风门的次数和频率，真正实现了安全通风。

4）新型风门的控制方式仍有部分缺陷，如果在较小的井下，风门间的间距和风门的大小都不够大时，同一辆在经过时，其车辆的前段和后缘会同时触发风门两侧的激光探测仪，这会导致风门的不互锁。一旦风门被切断，失去了联锁控制，则需要手动操作。