矿用联锁激光控制气动风门设计应用

张 超

（大同煤矿集团雁崖煤业公司，山西 大同 037003）

1 概述

大同煤矿集团雁崖煤业公司2311运料绕道位于井田三盘区西翼，巷道长度为105 m，巷道净断面规格为宽×高=4.5 m×3.1 m，断面积为13.9 m2。

为了控制8311工作面回采期间风量及风流方向，工作面回采前期在2311运料绕道平巷段安装了两道木质风门，采用人工开启方式，使用过程中存在以下几方面的问题：①自动化水平低。每班需安排专人进行开启风门，运输高峰期人工开启风门劳动强度，劳动成本费用高。②木风门易损坏。由于风门安装处位于低洼地带，常年积水量较大，风门长期在积水中浸泡，易腐蚀损坏，维修费用高，且出现漏风现象，造成工作面通风紊乱；③运输安全性差。三盘区采用无轨胶轮车运输方式，由于两道风门以外为斜坡段，运输车通过风门前出现刹车系统损坏或风门开启不及时，很容易发生碰撞事故。

针对以上问题，通过技术研究决定对2311运料绕道处风门进行优化，设计了一套自动控制风门，并于2019年2月安装应用。风门安装使用前经过了大同煤矿集团公司质检部门及安全部门验收，并进行了风险辨识。

2 自动控制风门结构及工作原理

2.1 结构组成

（1）矿用联锁激光控制气动风门主要由风门、电控静压风阀、远程激光控制系统、联锁开关、PLC控制器、临时排水系统等部分组成，如图1所示。电气部件及其他配件全部符合煤矿用防爆产品或本质安全型产品。

（2）风门共计两道，风门安装间距为45 m，风门主要由门体、风压伸缩壁、调节风窗等部分组成，门体采用的是弧形金属双开门体，在门体一侧安装两个风压伸缩臂，伸缩臂主要利用风压实现门体开关动作，在另一侧门体设置人行通道。

（3）远程激光控制系统主要包括低频红外线发射器、接收器、光信号处理器等部分组成，安装在距风门10 m处，当人员或车辆通过时，连续红外线被遮挡，并将信号传递至PLC控制器，从而控制风门开关动作。

（4）PLC控制器分别与远程激光控制系统中光信号处理器、电控静压风阀、联锁开关等装置连接，该装置主要用于信号接收、处理并发出指令，进行相应保护动作。

（5）临时排水系统包括临时水仓、水泵、水位探测仪、控制开关、排水管路等部分。在距风门前3.0 m底板处施工2个容量各为6 m3的临时水仓，水仓上方安装金属钢板。

图1 自动控制风门结构

2.2 工作原理

（1）车辆进入运料绕道后，在通过1#远程激光控制系统时，接收器无法接受激光器发射的连续红外线，当遮挡时间大于2 s时，光信号处理器及时将光信号，以及影响采集仪成像信号同时传递至PLC。

（2）PLC控制器接受信号后，及时进行信号处理，并发出“开启”指令至联锁开关，联锁开关对电控静压风阀供电，阀门打开并对风压伸缩臂供风，伸缩臂在风压作用下拉伸并带动门体移动，实现风门开启。

（3）当车辆通过第一道风门后，接收器再次接收到连续红外线后，将信号传递至PLC控制器，控制器关闭电控静压风阀，1#门体关闭，同时通过联锁作用，对2#门体电控静压风阀供电，2#门体开启。

（4）当车辆通过2#门体和2#远程激光控制系统后，2#激光控制系统将车辆通过信号传递至PLC控制器，控制器接受信号后及时进行信号处理，并对联锁开关再次下发“关闭”指令，2#门体电控静压阀断电，2#门体关闭，此时一个控制流程完成。当车辆返回时控制方式与进入绕道时控制方式相同。

（5）当临时水仓内水位上升至一定高度且触发水位探测仪后，探测仪将水位信号传递至PLC控制器，控制器对联锁开关下发“开启”信号，联锁开关及时对水泵开关供电，水泵自动排水。当水位下降到设定值时，水位探测仪再次将信号传递至PLC控制器，通过联锁开关断开水泵开关电源，水泵停止排水。

2.3 优点

（1）自动化水平高。与传统风门相比，联锁气动控制风门利用红外感应装置以及PLC控制器联锁控制作用，实现了风门自动开启、关闭，实现了全天候无人值守，降低了劳动成本费用。

（2）提高了设备寿命。风门采用的是金属材质，且建立了自动临时排放系统，避免了木质风门受积水侵泡腐蚀，导致风门使用寿命降低、漏风等现象，降低了设施维护费用。

（3）降低了运输事故率。风门灵敏度高，当运输车辆通过远程激光控制系统后，在5 s内风门自动打开，从而避免因运输车辆刹车系统损坏或风门开启不及时，发生撞车事故，有效保证巷道运输安全。

3 应用效果

2311运料绕道安装的联锁激光控制气动风门成本费用为4.72万元。通过5个月应用效果观察，安装该风门后在使用期间未出现积水现象，提高了风门使用周期，全年可节约维修费用达21.00万元，降低劳动成本费用达19.00万元。同时，提高了自动化水平，降低了运输事故率，保证了巷道通风、运输安全，取得了显著的经济、安全效益。