气控风门自动闭锁装置设计与实践应用研究

刘文龙

（大同煤矿集团同生千井煤业有限公司，山西 朔州 036900）

大同煤矿集团同生千井煤业为突出矿井，在井下相应巷道构筑了防突风门，为井下通风系统风流控制及安全生产起到了积极作用。但千井煤业井下防突风门采用人工开启，在负压大的巷道实践应用中存在开启难度大、伤人事故频发、风门损坏严重等问题，造成巷道漏风情况严重，影响巷道运输效率，必须对其进行自动化控制系统的优化改造。

1 工程概况

大同煤矿集团千井煤业有限公司矿井通风方式为中央并列式，主、副井进风，回风井回风，通风机工作方式为抽出式。该煤矿为煤与瓦斯突出矿井，对防突风门等通风设施构筑要求严格。

当前千井煤业井下防突风门均采用人力使用杠杆进行开启，并采用套筒式风门连锁装置，但是在井下负压较大巷道里存在风门开启难度大的问题；人力操作杠杆时，易发生杠杆伤人事故，安全性低；基于负压原理关闭风门，强大的冲击力易对风门门扇及门框造成大的损坏；风门使用一段时间后需要进行维修或更换，否则漏风严重。

从以上分析可知，千井煤业井下巷道防突风门实践应用问题较多，为保障该煤矿井下通风系统的安全性和稳定性，以井下压风为动力源设计了一种新型气控风门自动闭锁装置[1-6]，可实现防突风门启闭的全自动化，具有较好的安全经济效益。

2 气控风门自动闭锁装置的设计

2.1 组成结构

新型气控风门自动闭锁装置如图1，包括正向风门、反向风门、手转阀开关控制器、气管通道、风门闭锁系统主控箱、活塞式气压缸体、固定件等。

图1 新型气控风门自动闭锁装置组成结构示意图

2.2 部分主要装置作用

（1）手转阀开关控制器，该气控风门自动闭锁装置共设计安装有4 个手转阀开关控制器。手转阀开关安装在正向风门、反向风门两侧，控制风门的启闭。开关设置有零位/开启/关闭三种状态，相互实现闭锁，换向控制。

（2）活塞式气压缸体，该气控风门自动闭锁装置共设计安装有4 个活塞式气压缸体。活塞式气压缸体安装在正风门、反向风门中间位置顶部区域，活塞式气压缸采用角钢支撑架对其进行固定，气缸与门框关闭时呈水平状，开启时呈垂直状。活塞式气压缸体结构如图2，主要包括缸体、排气孔、进气孔、活塞、活塞杆、固定装置等部件，该活塞式气压缸体以压缩气体为动力源，实现压力转换，增大压强至数十倍，高压出力。该气压传动稳定，均能稳定地实现正向风门、反向风门门扇的开启与关闭。

图2 活塞式气压缸体结构示意图

（3）风门闭锁系统主控箱，该气控风门自动闭锁装置设计在2 道风门之间安装有1 个风门闭锁系统主控箱，其作用：① 对巷道气流进行分配控制；② 根据优先原则控制风门的启闭，实现风门自动关闭并连锁。

2.3 工作原理分析

工作原理如图3 所示，主要包括手转阀开关控制器部分、风门闭锁系统主控箱部分和活塞式气压缸体部分。在煤矿井下压风主管路中通过调压及过滤装置接入压风支管路，净化后的气流进入风门自动闭锁装置后经4 个手转阀开关控制器与主控箱活塞式气压缸体进行连接，主控箱活塞式气压缸体对伸缩杆进行控制进而分配气流走向。活塞式气压缸体伸缩杆推动手转阀可同时动作碰触H 型闭锁传动轴连锁风门。

图3 气控风门自动闭锁式装置系统原理示意图

3 气控风门自动闭锁装置关键技术及动作步骤

3.1 关键技术分析

将该煤矿井下压风引入到新型气控风门自动闭锁装置系统，进行调压和过滤来作为动力源，大幅度简化了防突风门控制系统及工程的施工，可方便进行现场管理。

新型气控风门自动闭锁装置可有效实现防突风门的连锁+闭锁要求，当巷道打开一道风门后，则另一道风门无法进行动作反应，防止两道风门同时打开造成巷道风流短路问题的发生。

新型气控风门自动闭锁装置的调节活塞式气压缸体可对进、排气管路气压量进行有效分配，保障风门在开、关平稳，大幅降低频繁开、关动作对风门的损坏，有效延长风门的使用寿命。

该新型气控风门自动闭锁装置依靠气压传动系统进行控制，稳定性和可靠性较好，可保障在拉紧状态下风门不会发生漏风现象。

3.2 装置动作步骤

（1）开启风门。当行人通行并达到第一道风门前，按动位于本侧的开关按钮，手转阀控制器从零位打到开启位，气流经气管到达风门闭锁系统主控箱，驱动风门活塞式气压缸体，开启风门门扇。

（2）关闭风门。当行人通过第一道风门后，按动另一侧开关关闭按钮，将手转阀控制器从零位打到关闭位，气流经气管到达风门闭锁系统主控箱，驱动风门活塞式气压缸体，关闭风门门扇。

4 应用及效果分析

4.1 井下现场应用

2021 年6 月，该新型气控风门自动闭锁式装置在千井煤业8105 工作面轨道底抽巷防突风门上进行了安装调试，并投入了实际应用。该气控风门自动闭锁式装置应用至今，防突风门和气控风门自动闭锁式装置整体工作状态理想，气控风门自动闭锁式装置能有效地完成8105 工作面轨道底抽巷防突风门的自动开启和关闭，自动化程度高，能有效地完成预期目标。

4.2 效果分析

气控风门自动闭锁式装置在千井煤业8105 工作面轨道底抽巷防突风门上的应用效果理想。（1）该装置采用井下压风作为动力源，对风门实现自动化开启和关闭，安全性和可靠性较好，有效地解决了以往采用人工开启时存在的问题；（2）不需要人工开启后，有效地避免了以往杠杆起落期间容易伤到工作人员而发生的安全事故，有效保障了工人的利益；（3）依靠气压传动系统控制风门的关闭，风门开关过程平稳，对风门门扇及门框无损坏，有效地延长了风门的使用寿命；（4）巷道无漏风情况，有效地保障了通风系统的稳定性和可靠性。

气控风门自动闭锁式装置应用后，8105 工作面轨道底抽巷防突风门无一起因风门开关而导致的安全事故发生，安全效益显著；对比之前人工开启方式，每年可节约人工、风门的维修和更换费用约15万元，经济效益显著。

5 结语

针对千井煤业井下防突风门人工开启应用中存在的问题，设计了一种新型气控风门自动闭锁装置，该装置在8105 工作面轨道底抽巷防突风门上进行了实践应用。气控风门自动闭锁装置可通过气动执行装置实现防突风门打开和关闭的全自动化控制，安全性和可靠性较好，有效地保障了煤矿通风系统的稳定性和可靠性，安全、经济效益显著。