矿井主通风机防冻风门的设计与应用研究

张寅伟

（霍州煤电集团，山西 霍州 031400）

在山西、内蒙古等北方地区，采用抽出式通风方法的煤矿，其风门接口处在冬季容易结冰，导致风门无法正常启闭，以往一般是采用电动机+人工辅助的办法打开风门。从实际应用中可知，此方法存在着工作量大、劳动强度高、处理时间长等问题，无法保障通风系统主通风机在10 min 内完成切换，安全隐患较大，必须进行调整改进[1-6]。

1 工程概况

霍州煤电集团汾源煤业有限公司位于山西省静乐县城东北约30 km 处，井田地处晋西北黄土高原，属大陆性气候，四季分明，昼夜温差大，年平均气温为6～7 ℃，1 月平均气温可低至-15 ℃，最低气温达-28 ℃。汾源煤业主要采用“分区抽出式”通风方式，二盘区回风立井安装2 台FBCZ-10-No32抽出式通风机。

2 通风系统风门及冬季结冰情况分析

汾源煤业二盘区回风立井2 台主通风机轮换使用，在切换使用过程中，对开风门的作用非常关键，是保障各处通风系统正常运行的核心设施。通风系统的切换过程必须关联到对开风门的启闭，从汾源煤业二盘区回风立井通风系统现场来看，对开风门冬季结冰现象严重，严重影响通风系统主通风机的切换作业。

二盘区回风立井通风系统对开风门由于结冰从而导致以往传动装置无法动作，对开风门无法正常进行启闭，一般都是采用人工操作进行启闭风门。在风门结冰现场，人工采用撬棍对风门四周及顶部结冰位置进行敲打，再结合电动机工作缓慢打开风门。

尽管对于结冰风门可以采用现场人工辅助开启风门的方案，但是操作时间过长，会导致通风系统主通风机的切换时间较长，在该段时间内会发现因风门开度不足而导致的井下通风系统供风不稳定，风机流量减小，会发生工作面瓦斯浓度超标的安全事故，必须对该风门结冰问题进行进一步调整处理。

3 防冻风门的设计

3.1 结构分析

针对汾源煤业二盘区回风立井现有对开风门的结构及现场已采用的防冻措施进行了分析，提出了一种新型的侧开风门防冻解决方案。该防冻风门采用单出口结构加热，防冻风门设计三维模型如图1。

图1 防冻风门结构设计三维模型图

该防冻风门采用顶部悬挂，两侧面钢丝绳传动模式，在门板顶部设置3 组限位轮，在门板底部设置有2 组行走轮，风门前后两侧设置弹性密封胶条，设置有电动执行器提供风门启闭动力。

新设计的防冻风门结构如图2，主要由左右箱体、回风管道、钢丝绳、定滑轮、限位轮、门板、行走轮、法兰、加热装置、排水阀门、进风管道等部件组成。

图2 防冻风门结构设计示意图

该防冻风门装置风筒直径设计为Φ3600 mm，风门门板宽度设计为160 mm，左右箱体宽度设计为250 mm。风门左侧与变径风筒联接，风门右侧与主通风机风筒联接。

3.2 工作原理

加热装置为风门提供热空气，热空气通过进风管道从风门底部输入，同时在风门内部的循环通道进行全方位的流动，最后从风门顶部出风管道排出。基于风门内部热空气流动，因此可在风门内部保持较高温度，有效解决了因风门外部温度低而导致的结冰问题，保障风门在通风系统主通风机进行切换时能正常完成启闭动作。同时对于输气管道，在其管道外部设计有保温层，管道接口处设置有闸阀，可通过闸阀控制热空气的流向，输气管道的进出口直径均为150 mm。

4 工业性试验

4.1 防冻侧开风门的安装

将设计的新型防冻侧开风门在汾源煤业二盘区回风立井中进行了安装调试，在不拆除原有对开风门的基础上，将新型防冻侧开风门安装在靠近水泥风道的风筒处，该接入方法操作简单，施工量小，成本低，密封效果好。安装示意图如图3。

图3 新型防冻侧开风门安装示意图

试验检测到设备钢丝绳的平均线速度为125.6 mm/s，现场检测到防冻侧开风门的密封性能理想，风门漏风率小于4%，风门各滑轮运转良好，通过钢丝绳能带动风门正常启闭。

4.2 应用及效果分析

由图3 可知，当通风系统1#和2#主通风机需要进行切换时，相应的1#对开风门和2#对开风门需要进行动作，但是因为冬季结冰问题导致通风系统“一键倒机系统”无法使用，通风系统安全隐患较为严重。在该通风系统中增加了1#防冻侧开风门和2#防冻侧开风门后，对其进行现场测试。

在该主通风系统增设1#防冻侧开风门和2#防冻侧开风门后，进一步完善了该通风系统的功能。当侧开风门或主通风机出现故障时，可关闭左侧的对开风门隔绝风流，方便维修人员进入风道开展维修工作。从现场调查结果显示，开启的风门没有结冰现象，但防冻侧开风门处有一定的结冰现象。

在该主通风系统正常工作状态下时，1#主通风机采用抽出式通风方法进行通风，2#主通风机关闭，2#对空风门和2#防冻风门均处在关闭状态，对通风系统起到隔断作业。当1#主通风机需要停机进行检修时，就必须切换到2#主通风机进行工作。从现场情况来看，该通风系统在不停风状态下能顺利完成切换工作。2#主通风机工作，2#对空风门和2#防冻风门打开；同时1#主通风机停止工作，1#对空风门和1#防冻风门处在关闭状态。在切换过程中，因1#防冻风门设置有加热装置，能有效地克服结冰问题，在一定时间内能顺利打开，保障通风系统的安全。从整体应用情况来看，自从安装了1#防冻侧开风门和2#防冻侧开风门后，通风系统能在10 min 之内不停风切换任务，符合煤矿通风相关安全规程。防冻侧开风门的设计和应用有效地解决了汾源煤业冬季主通风系统风门因结冰导致的“一键倒机系统”无法使用的问题，为企业创造了较好的安全经济效益。