煤矿风门自动闭锁气动控制装置的设计与应用

胡福丽

（西山煤电集团公司，山西 太原 030000）

1 项目概况

西山煤电集团官地矿井下通风系统在进、回风巷道之间设置普通单门扇风门，主要是方便人员和物料的通行需要，同时也可以用来控制风量。但是从该矿以往的实践过程来看，普通单门扇风门的问题较多，主要有：人力推开风门需要强力，造成行人通车的不便；作业时采用防爆电器进行驱动，增加矿用电器失爆风险，存在严重的安全隐患；人工作业的自动化程度低，导致工人工作效率低下。针对这些问题，官地矿通过调研分析，设计了一种新型煤矿用风门自动闭锁纯气动控制装置[1-6]，从而可以有效解决普通单门扇风门存在的不足。

2 风门自动闭锁纯气动控制装置的设计

2.1 结构分析

针对普通单门扇风门存在的不足，设计了一种新型煤矿用风门自动闭锁纯气动控制装置，其结构如图1。该装置主要包括门框、气动控制箱、互为闭锁箱、红外感应器、报警箱、横梁等部件。

从图中可知，该装置中巷道内部安装有第一门框和第二门框，两者呈平行分布状态，在门框上方开有水平设置的方形门槽，该方形门槽内壁安装有横梁，横梁底部安装有第一气动门，横梁的上方设置有安装在门框上的声音报警箱，通过设置的声音报警箱可达到信息的及时通知、及时处理，提高了工作效率。巷道一侧内壁固定安装有气动控制箱，巷道靠近气动控制箱的位置固定设置有安装在地面上的第一红外感应器，第一门框与第二门框之间的位置设置有固定在巷道侧内壁上的互为闭锁箱，巷道靠近互为闭锁箱的位置固定设置有安装在地面上的第二红外感应器，互为闭锁箱实现了第一气动门与第二气动门之间的互为闭锁关系，保证了巷道内的压力平衡。

第一气动门正面开有观察窗，且观察窗内通过密封圈嵌接有透明窗，通过透明窗可对巷道内的情况进行观测处理。第一气动门正面的外壁上固定安装有两个规格相同的门拉手，第一横梁的背面设置有可旋转的伸缩杆，且伸缩杆的一端通过螺栓活动安装在第一气动门一侧外壁上，伸缩杆外壁通过螺栓固定连接有气缸，伸缩杆一端套接有安全绳，第一横梁正面一侧的外壁上设置有定滑轮组，且安全绳传动连接在定向滑轮组上，安全绳远离伸缩杆的一端设置有千斤坠。

第一红外感应器顶部通过螺栓固定安装有入射窗，且第一红外感应器内卡接有外壳，外壳底部固定安装有集成芯片，集成芯片顶部设置有氧化铝基板，氧化铝基板顶部设置有感知元件，感知元件顶部设置有氧化膜，感知元件一侧设置有场效应晶体管、集成芯片源极端子、接地端子和漏极端子。

定向滑轮组通过螺栓固定安装在第一横梁一侧外壁上。定向滑轮组包括固定安装在第一横梁一侧外壁上的固定支架，固定支架底端转动连接有固定轴，固定轴通过轴套接有定向轮，定向轮轴心设置有定向滑套。

第一门框一侧外壁固定安装有门控箱，门控箱正面设置有摄像头，且摄像头下方设置有显示屏，显示屏一侧设置有若干个等距离分布的控制按钮，控制按钮分别是紧急暂停按钮、强制启动按钮和强制关闭按钮。在遇到突发状况时可对第一气动门和第二气动门进行手动控制，及时解决突发状况。摄像头可对巷道内进行监测，及时解决和杜绝突发状况的发生。

图1 自动闭锁纯气动控制装置结构示意图

伸缩杆外壁开有圆形槽，圆形槽通过螺纹管连接在气缸上，伸缩杆与螺纹管接口处设置有密封垫圈。伸缩杆为单向拉杆，伸缩杆插接在气缸一端的内部，伸缩杆的一端固定安装有活塞，伸缩杆通过活塞活动插接在气缸的内部。

第一气动门和第二气动门的四周连接处均卡接有密封条，密封条采用龙骨式密封条橡胶材质制成。通过设置的密封条可对巷道内的风量进行有效控制，保证了巷道内的压力平衡，避免了因风量而造成的安全隐患。

定向滑轮为不锈钢材质，定向滑轮轴心处密布有润滑层，避免了因使用时间过长而造成的滑轮卡死的状况。入射窗外部设置有防护壳，入射窗的顶部覆盖有防尘膜，降低了灰尘对红外线的干扰作用，使红外感应更加准确。

2.2 工作原理分析

当工作人员通过巷道步入第一红外线感应器的感应范围时，该矿用风门自动闭锁纯气动控制装置将信息传达至控制面板，驱动气动控制箱将第一气动门打开，通过设置的互为闭锁箱，第一气动门打开时第二气动门处于闭合状态。工作人员通过第一气动门时，控制面板通过控制互为闭锁箱工作将第一气动门关闭，当工作人员步入第二红外线感应器时第二气动门打开。当遇到突发状况或机器故障时，可对门控箱进行操作，门控箱可对第一气动门或第二气动门进行强制启动、强制关闭和紧急暂停处理。摄像头可对巷道内的情况进行实时监控，通过声音报警箱可对突发状况通知播报。

2.3 特点分析

通过设置的红外感应器，降低了人员通过时的手动开门的频次，提升了工作效率，避免了由于人为开启造成漏风而诱发的安全事故。通过设置的互为闭锁箱，实现了气动门A 开启时保证了气动门B的闭合，减少了风量的流失，保证了巷道内的压力平衡，杜绝了因风量而造成的安全隐患。

通过设置的门控箱，实现了由于气动门故障而造成的无法开启和关闭的情况、在遇到突发情况时的紧急制动情况，摄像头实现了对巷道情况的基本了解，解决了在面对突发情况时的紧急处理及应对。

3 实践应用及效果分析

该新型煤矿风门自动闭锁气动控制装置设计完成后，在西山煤电集团官地矿井下进、回风巷道之间进行了安装应用。从2019 年5 月至2020 年10 月，该新型煤矿风门自动闭锁气动控制装置工作状态稳定，效果较好，主要表现有：实现了巷道内的压力平衡；行人行车时，风门开启便利，方便行人通行和运输车辆的通行；风门的开启实现自动闭锁气动控制，自动化程度高；安全隐患少，没有因风门关闭问题而导致的安全事故发生。煤矿风门自动闭锁气动控制装置的设计与应用实现了其设计目的，应用效果理想。