双向无压快速拆装自动风门设计

张立群

1煤炭科学技术研究院有限公司 北京 100013

2煤炭资源高效开采与洁净利用国家重点实验室 北京 100013

3北京市煤矿安全工程技术研究中心 北京 100013

矿井风门包括永久风门、永久调节风窗和临时风门 3种。临时风门只是临时搭建短时间使用的风门，其服务时间小于 6 个月，但其对保证通风系统安全非常重要，施工时需要快速安装投入使用[1]。目前临时风门施工存在周期长、成本高，拆除费时费力等一系列问题。因此，为了提高临时巷道通风系统的施工效率，简化施工工艺，快速拆装风门成为一种发展趋势。

1 双向无压自动风门系统

1.1 系统组成

图1 双向无压自动风门系统Fig.1 Two-way non-pressure automatic air door system

双向无压自动风门系统如图 1 所示。其主要由风门 A、风门 B、连杆平衡机构、风门控制器、电磁阀、红外线传感器、声光语音箱和配重吊桶组成。目前煤矿使用的自动风门多为 1 套 2 道互为闭锁风门，系统采用红外传感器控制方式，可在人员或者车辆通过时自动控制风门开启和关闭。可编程控制器通过红外线传感器采集信号回馈到 PLC[2]。

1.2 工作原理

双向无压自动风门系统每道风门由 2 扇风门组成，采用连杆平衡设计，将 2 扇风门上的压力转化为系统内力。风门打开时，2 扇风门受到的风力相等，在连杆平衡机构上转换为等值反向力矩，相互抵消，2 道风门即可轻松异向开启。当人或车辆进入风门后，配重吊桶重力使连杆平衡机构复位，风门关闭。

双向无压自动风门的控制原理如图 2 所示。当有人或车辆通过风门时，设置在风门两侧的红外传感器探头产生低频信号，输入自动控制装置内，经比较、整形、限幅和放大处理后，立即转换成电信号传给风门控制器。控制器控制电磁换向阀动作，驱动气缸推动安装在风门上的连杆平衡机构，控制门的开启和关闭。当风门 A 打开时，风门 B 闭锁；当风门 B 打开时，风门 A 闭锁。2 道风门互为闭锁，不能同时打开。

图2 风门控制原理Fig.2 Control principle of air door

1.3 结构特点

双向无压自动风门为钢结构，适用于矿井风压高或低的地点，能满足反风要求。风门采用定制平板密封带的密封方式，可有效将漏风率降至 1.8%。其具备触发信号记忆功能，行人或车辆触发风门后，若该风门处于闭锁状态，无需再次触发，风门解除闭锁状态后自动重新开启。风门的自动控制系统可根据行人数量自动控制风门关闭时间，提高通行效率[3-5]。

2 安装

2.1 门框固定

砌墙固定门框。将门框调整好位置后开始砌墙，墙上要预留门框的定位孔，用于固定风门门框。用水把预留孔内湿润，用 1∶2 水泥砂浆或细石混凝土将其填实后抹平。终凝前不得碰动框扇，3 天后才能继续施工。

2.2 门扇及电气设备安装

在门框固定结实后，挂装门扇，安装连杆机构和平衡吊桶机构。电气设备安装如图 3 所示。

图3 电气设备安装Fig.3 Installation of electric device

电气设备安装包括传感器、声光语音箱、风门控制器及电磁阀的安装和布线[6-7]。风门控制器安装在 2 道风门之间，同时控制 2 道风门，此外还需要接入传感器、语音箱、电磁阀和应急按钮等设备，接线较为复杂，在施工中占用时间较长。

3 风门设计

3.1 风门固定

为解决风门门框固定后无法连续施工，造成施工等待问题，笔者创新性地提出了快速固定门框的设计。门框采用方形钢管，两侧门框中装有手动丝杠装置，丝杠的顶端和底端均设计有爪形固定装置，门框两侧设计有丝杠螺母。爪形固定装置如图 4 所示。通过旋转丝杠螺母，可以控制 4 个爪形装置分别向顶板、底板伸出。丝杠螺母具有自锁设计，当爪形装置插入顶板、底板一定深度后，丝杠自动锁紧，实现门框的快速固定。

门框快装如图 5 所示。首先确定安装位置，在需安装风门位置附近找到顶板、底板最结实的位置，然后将门框立起，使门框横梁与顶板和顶板切面平行，两侧门框与巷道侧壁平行。在顶板和底板上打上定位孔，将门框底部爪形装置插入定位孔中。用扳手旋转门框中间位置的手动丝杠装置，使立柱的顶端不断伸出，插入顶板和底板，直至立柱完全牢固地立在巷道内。

图4 爪形固定装置Fig.4 Claw-typed fixing device

图5 门框快装Fig.5 Quick assembly of door frame

门框固定后，砌墙、挂装门扇和其他设备可同时分工进行，施工中不必担心门框的固定问题，驱动装置、控制装置可同时施工，大大缩减了施工所需的时间。

3.2 控制器接线

为解决控制器接线繁琐问题，风门控制器采用航插，即将所有电源线和通信线集成于 1 条航插线。电磁阀、传感器、声光语音箱等设备的电源和通信线从门框内集中布线，通过航插的形式引出。施工时将航插线两端分别插入门框和风门控制器的航空插头，即可实现快速安装，且无需再检查线序，极大地提高了安装效率和接线的可靠性。

3.3 风门快速拆卸

风门拆卸顺序与安装顺序正好相反。首先将风门上安装的连杆平衡机构、电磁阀、传感器、声光语音箱、配重吊桶等设备全部拆除，然后拆除挂装的门扇和风门周围的砌墙。用扳手逆时针旋转手动丝杠装置，使爪形装置慢慢缩回，当门框松动后，便可以拆掉风门，实现风门的快速完整回收。

3.4 门框伸缩

为进一步简化安装工艺，提高拆装效率，笔者研究了门框伸缩技术。风门的门框采用可伸缩设计，门框两侧和门框上方设有伸缩结构，采用丝杠装置对其进行控制，旋转丝杠装置可以将伸缩结构推出或者缩回。

在门框固定后，旋转丝杠装置将门框两侧及上方伸缩结构推出，分别顶到两侧墙壁和顶板，伸出结构边缘设计有密封条，可以自适应巷道不规整的断面，然后用射钉将伸出装置固定在墙壁上。采用此种设计，在门框快速固定的基础上，省去了砌墙固定的时间，进一步加快了施工进度，降低了工人劳动强度。另外，挂装门扇和安装驱动装置、控制装置和其他设备可同时分工进行，实现真正快速安装。

在拆卸时，取下射钉，旋转丝杠装置，将伸出结构缩回门框内，便可以拆掉风门，实现快速拆卸。

4 结语

双向无压快速拆装自动风门利用连杆将 2 扇风门连接，使 2 扇风门受到的风力相互抵消。该风门适用于矿井风压高或低的地点，能满足反风要求。其操作简单，可极大缩短风门的施工周期，降低施工成本。该风门设计有传感装置和自动控制装置，可实现全自动控制，提高矿井运输效率、通行效率和自动化水平，增强临时通风系统的稳定性和可靠性。