大柳塔煤矿新型自动化风门的应用

孙祺钰

(神东煤炭集团大柳塔煤矿，陕西 神木 719315)

0 引言

大柳塔煤矿是国家能源集团神东煤炭公司下属的一座特大型现代化矿井，由大柳塔井和活鸡兔井组成。地处陕西省神木市境内大柳塔镇南端的乌兰木伦河畔，行政区划隶属神木市大柳塔镇管辖。

大柳塔井田东西长10.5～13.9 km，南北宽9.1～10.5 km，面积126.8 km2，核定生产能力1 800万t/a。活鸡兔井田东西长1.8～10.8 km，南北宽4.2～9.6 km，面积约为63.8 km2，核定生产能力1 500万t/a。

大柳塔煤矿采用无盘区、多通道、条带式开拓方式，无轨胶轮车辅助运输，因此，在回风顺槽口处需要安装行车风门，保证运输设备(车辆)安全、快速通过，目前大柳塔煤矿两井井下在用行车风门有28处。

1 矿井风门设置原因及要求

回风井之间和主要进、回风巷之间的每条联络巷中，必须砌筑永久性风墙，需要使用的联络巷，必须安设二道联锁的正向风门和二道反向风门[1-3]。

风门不允许风流通过，但是需要行人或行车的巷道内，必须设置风门。风门要求封闭严密，不漏风，保证矿井通风系统稳定、可靠，满足矿井安全生产需要。风门保证开关自如，保证人员及车辆安全通过。

大柳塔煤矿综采工作面安装、回采期间必须从回风顺槽、运输顺槽内进入车辆搬运设备，因此，在工作面巷道布置时，2条顺槽均与辅运大巷相连通，这样综采工作面形成后，必须在回风顺槽与辅运大巷贯通处安装行车及行人风门(图1)。传统形成风门为木质制作，人工开启，一方面木质风门在井下潮湿的环境中容易发生变形，易造成风门漏风，另一方面人工开启风门时过往车辆较多，存在较大安全隐患。

图1 综采工作面巷道布置图

2 矿井风门分类及自动风门组成

按照类别分类可分为手动风门和自动风门；按照开启动力分类可分为电动风门、气动风门[4]；按照开启顺序分类可分为平衡风门、对开风门、推拉风门；按照开启方式分类可分为同一方向开启，前后方向开启。

其中，新型自动风门每组由四扇风门门体组成，每两扇风门门体组成一道风门，每扇风门门体大小相等，四周为风门门框，门框镶嵌在砖墙内，保证风门开关期间稳定。

自动风门由风门门体、门框、动力源及控制系统3部分组成，动力源分为电力驱动和利用压风管路风压驱动[5]。目前，大柳塔煤矿多数风门为利用压风管路驱动，因此气动风门使用较多。控制系统均设置有电控气动、气动、手动3种开启方式，在自动控制出现故障的情况下，均可采用人工操作控制箱，开关风门，保证过往车辆和行人安全通过。气动风门还安装有蓄电池，在动力电源停电检修的情况下，可利用蓄电池对控制系统供电，实现自动风门全天候正常开关。同时自动风门还安装有语音报警系统，在车辆进入时，语音报警电话提醒驾驶员注意事项。

3 不同风门运行方式

3.1 气动风门运行操作方式说明

气动风门运行方式分为电控气动、气动、手动，闭锁方式分为电控、气控、机械。图2为气动风门安装图，自动时，当行人或行车时，A、B等2组平衡风门均关闭；显示装置显示万年历，行人或行车使用灯光照射开门申请开关(4 s内3次)，风门开启后微波传感器探测风门周边物体，同时B平衡风门气动“闭锁”，风门申请开关及气控按钮无效；待行车通过并检测周围无物体活动时，A风门延时10 s自动关闭，B平衡风门自动解锁，恢复“通行”，方可申请开门通过。气动时，手动气动按钮操作风门启闭，确定风门关闭后方可离开。

图2 气动风门安装图

手动时，先确认平衡风门目前工作状态，行人遵循右侧通行，左手拉，右手推方式打开平衡风门，通过两道平衡风门后，确认是否关闭。

3.2 电动平衡风门运行操作方式

风门本体结构为四连杆力系平衡系统，它将作用于风门的风力转变为一种系统内力。开关门时，作用在两扇风门上的风力相互平衡，在平衡杆上形成一对大小相等、方向相反的等值力矩，变传统的单向开启为异向开启。为使风门能实现自动关闭，在连杆侧设置配重装置。当重锤产生的力矩大于或等于系统的摩擦力矩时，就可实现自动关闭[6-7]。

风门可实现自动控制，手动按钮开闭及人工开闭。每道门在其中的一扇门体上装有人行便门，以便单人行走通过。风门开启驱动是由电液推杆产生的拉力来实现。风门关闭时，电液推杆电机反向运动，风门靠配重产生的动力来关闭。

每道风门设为两道门，每道风门采用平衡对开式，由电液推杆牵引风门门体。门体的开闭采用行程开关检测，两道风门相互闭锁。

3.3 电动推拉风门运行操作方式

每套风门设为两道门，每道风门采用水平推拉式开闭，由电动机经减速器带动摩擦轮驱动钢丝绳牵引风门门体。门体的开闭状态采用行程开关检测，每道风门互相闭锁。风门可实现自动控制开闭，手动按钮开闭及人工开闭。

自动控制系统由PLC可编程控制器，各种传感器，检测装置等组成。风门的开启操作申请信号来自光敏传感装置，每道门设有两道光敏传感装置(安装于门体表面)，一套供头灯照射申请开门，另一套供车灯脉冲照射申请开门。采用脉冲照射是为了避免其他非开门光源而造成系统误动作。除此之外，还设置了手动开门按钮，也同样可以申请开门。这几种互为或的关系，通过PLC编程控制器实现。自动状态下，风门关闭靠PLC定时(据现场实际情况设定)控制，即风门开启后延时一段时间自动关闭。两道风门相互闭锁，也就是说同一时刻只允许一道风门处于打开状态，而另一道风门无论是否有开门申请信号都处于关闭状态。风门的开闭状态采用接近开关检测，信号传输给PLC可编程控制器。

4 新型自动风门优缺点

推拉平衡风门安装前需要开挖硐室，开挖硐室量比较大，人工开挖硐室工作量比较大，人工开挖4个硐室，开挖时间较长，大约需要30 d。设备配件及控制系统比较多，比较笨重，同时风门门体重，安装工序复杂，安装需要时间长，大约需要7 d。

推拉平衡风门门体由双层3 mm厚钢板加槽钢框架制作，整体结构全部为钢材机构，能承受较大压差，风门承受压差为15 993.6 Pa(即120 mmHg)，过往车辆轻微碰撞风门门体，不会影响风门正常运转，适用于巷道服务年限超过10年的区域。

气动风门安装简单，安装前不需要开挖硐室，风门门体由400 mm竹胶板制作，风门全部结构为木质结构，安装时不需要开挖硐室，控制系统简单、轻便，方便搬运，安装需要时间短，整体安装大约需要3天时间，安装、拆卸比较方面。

气动风门因为是木质结构制作，过往车辆一旦剐蹭风门门体或者门框，风门将会彻底无法正常运转，需要重新更换风门门体或门框，该类型风门适用于服务时间短的巷道，一般服务年限不超过一年的巷道，压差小的巷道口处。

5 结语

目前，大柳塔煤矿井下所有行车风门全部实现自动化改造，告别人工手动开关风门的传统模式，实现了风门的无人值守。通过技术人员长期研究，针对不同区域研制出切合实际的自动风门，在风压差大于60 Pa的巷道内安装电动推拉风门，在风压差小于60 Pa的巷道内安装气动平衡风门。这样一方面保证辅助运输车辆人员安全，同时可以降低照看行车风门人工费用。目前，大柳塔煤矿全年降低人工开启风门费用约200万元，随着矿井水平延伸，开始向深部开采，系统会更加复杂，巷道内安装的自动风门将会增加许多，自动风门的作用效果就会更加明显。