自动感应闭锁风门在煤矿中的应用

葛玲军

（山西焦煤霍州煤电集团吕梁山煤电有限公司方山店坪煤矿， 山西 吕梁 033102）

引言

风门是门框的重要通风设施之一，在不影响通车、行人的情况下通过风门控制可对采掘工作面风流方向、风流大小进行控制，根据煤矿安全规程规定：“为了防止风流紊乱现象，煤矿井下风门在开启时严禁同时打开两道风门”；目前我国煤矿井下风门主要有人工开启、钢丝绳闭锁以及风电闭锁三种开启方式，人工开启劳动作业强度大、安全系数低；钢丝绳闭锁风门故障率高，在开启第一道风门后，第二道风门还能同时打开；而风电闭锁风门故障率高，一旦出现断电时两道风门无法人工打开[1-3]；为了解决传统风门存在的弊端，本文以店坪煤矿为研究对象，对2042巷安装了一套新型自动感应闭锁风门，并对其应用效果进行了分析。

1 店坪煤矿2042 巷概况

山西焦煤霍州煤电集团吕梁山煤电有限公司方山店坪煤矿2042 巷位于830 水平二采区左翼，工作面最高标高930 m，工作面最低标高828 m，工作面东为井田边界，西为830 系统大巷，南为9-206 工作面，北与9-202 工作面相邻。

2042 工作面设计走向长度为177 m，倾向长度为247 m，工作面沿9 号煤层底板进行回采，工作面的煤层倾角为0～8°，平均坡度为4°，煤层平均厚度为2.8 m，该面采用单一走向长壁式采煤法采煤，综采采煤工艺，正巷、工作面采用全部垮落法管理采空区顶板，副巷采用沿空留巷管理巷道顶板。

2042 回采工作面采用W 型通风即工作面风流从2041 巷（运输顺槽）进入，流经工作面延后从2042 巷（回风顺槽）进入总回风巷；同时206 工作面风流从2061 巷进入，回风流从2042 巷流入回风巷内，构成W 型通风系统，2042 巷的配风量为214 m3/min。

为了保证工作面回采期间正常通风，防止风流紊乱现象，决定在2042 巷距回风绕道15 m 处安装两道风门，风门间距为5.0 m，初步设计安装两道气动风门，但是由于该风门用风量大，对工作面影响大，且故障率高，所以决定安装两道自动感应闭锁风门。

2 自动感应闭锁风门结构组成及工作原理

2.1 自动感应闭锁风门结构组成

1）2042 巷安装的自动感应闭锁风门主要由风门门体、重力锤、重力锤套件、钢丝绳、红外线感应装置、PLC 控制器、独立供电装置、液压系统等部分组成，其结构如图1 所示。

图1 2042 巷安装的自动感应闭锁风门结构示意图

2）2042 巷共计安装两道风门，每道风门由两块门体组成，两道风门安装间距为5.0 m，每道风门安装一套液压系统，液压系统主要由液压伸缩杆、液压泵等部分组成；其中液压伸缩杆安装在风门门体上。

3）红外线感应装置安装在两道风门外围，距风门距离为5.0 m，该装置主要由红外线发射器、接收器等部分组成，红外线发射器可发射连续稳定的红外线。

4）PLC 控制器与两道风门液压系统供电装置连接，通过控制器可对两道风门开启进行闭锁作用；独立供电装置主要对两道风门红外线感应装置、液压系统进行独立供电。

5）每道风门的两道门体之间安装重力锤套件，在套件上方安装定滑轮，然后采用一根钢丝绳通过滑轮间固定重力锤，重力锤质量为25 kg，钢丝绳分别与两道风门连接。

2.2 工作原理

1）在未行人或通车状态下红外线感应装置发出连续稳定的红外线，此时通过控制器控制作用两道风门处于关闭装置，当有行人或行车时，人员或车辆阻挡了红外线，当接收装置连续5 s 未接收到红外线时系统判断为有物体通过，此时及时将检测信号传送至PLC 控制器内。

2）PLC 控制器接收信号后及时对信号进行处理，并对液压系统联锁开关发出“开启”指令，此时联锁开关及时打开第一道风门液压伸缩杆电控液压，液压伸缩杆在液压作用下打开第一道风门门体。

3）由于第一道风门门体上固定钢丝绳，钢丝绳另一端与重力锤连接，当地一道风门打开时，钢丝绳出现松弛，此时重力锤在重力作用下落入重力锤套件内，实现第二道风门闭锁。

4）当人员或车辆进入风门后，此时红外线接收装置再次接收连续稳定的红外光束后再次将接收信号发送至PLC 控制器内，控制器接收信号后对信号进行处理，并通过联锁控制租用关闭第一道风门液压伸缩杆电控液阀，打开第二道风门液压伸缩杆电控液压，此时第一道风门关闭，第二道风门打开。

5）第一道风门在关闭时通过拉动钢丝绳带动重力锤栋套件内拉出，第二道风门闭锁解除，当第二道风门在打开时安装在第二道风门后方的钢丝绳松弛，此时第一道风门后方的重力锤落入重力锤套件内，第一道风门闭锁。

3 自动感应闭锁风门结构优缺点

3.1 优点

1）风门成本费用低：相比传统的气动风门，自动感应闭锁风门成费用相对较低，装置故障率低且便于操作维护，2042 巷内安装两道感应风门成本费用不足0.52 万元。

2）自动化水平高：与传统人工开启风门相比，自动感应闭锁风门利用红外感应装置、PLC 控制装置以自动判断是否有人员及车辆通过风门，并自动打开风门，自动化水平高，全程无需人工干预，降低了人工开启风门劳动作业强度，同时保证了风门开启安全系数。

3）故障率低：与传统气动风门相比，自动感应风门采用独立供电系统，解决了传统风门在使用时因工作面停风或风压不足，导致风门无法打开等难题，若一旦出现断电时风门液压系统失效，采用人工能够开启风门，人工开启风门时同样能够实现两道风门闭锁。

4）实用性强：自动感应闭锁风门可用于采掘工作面中，而且还可用于主巷道内，受作业环境等影响小，实用性强、应用区域广。

3.2 缺点

但是自动感应风门在实际应用中还存在一些不足，需进一步优化改进，主要表现在以下几方面：由于回风顺槽内粉尘浓度大，液压系统受回风流中粉尘污染严重，需定期进行粉尘清理；风门频繁开启，导致钢丝绳磨损严重，需定期对钢丝绳断丝情况进行检查，必要时必须及时更换。

4 实际应用效果

店坪煤矿于2020 年5 月12 日对2042 巷原风门进行优化改造，安装了一套自动感应闭锁风门，主要包括门体四块、红外感应装置两套、液压系统两套、PLC 控制装置一套、独立供电系统一套。

截止2020 年11 月17 日通过6 个月实际应用效果来看，自动感应闭锁风门在使用过程中未发生一起因系统断电导致风门无法打开等故障，通过预算采掘工作面安装自动感应闭锁风门相比传统风门全年可减少设备维修费用达40 余万元。