白晉棟

（山西新元煤炭有限責(zé)任公司, 山西 臨汾 041000）

引言

當(dāng)前，我國(guó)大部分煤礦井下通風(fēng)系統(tǒng)都采用單開(kāi)門或者雙開(kāi)門的設(shè)計(jì)，這樣的設(shè)計(jì)有一定的優(yōu)點(diǎn)，能夠適應(yīng)兩個(gè)方向的風(fēng)流。但是,也存在著許多不容忽視的缺陷。在井下，風(fēng)流不都是一直以一個(gè)方向輸送的，很多情況下需要改變風(fēng)向，當(dāng)風(fēng)向改變后，風(fēng)門也需要進(jìn)行相關(guān)的操作。然而，現(xiàn)有的風(fēng)門最大的缺陷就是在風(fēng)流換向時(shí)無(wú)法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)互鎖。這樣的缺陷導(dǎo)致的結(jié)果就是風(fēng)門會(huì)有兩個(gè)都同時(shí)開(kāi)啟的狀態(tài)，直接造成漏風(fēng)等不利于井下通風(fēng)質(zhì)量的不良現(xiàn)象[1-2]。除此以外，還有其他人力和經(jīng)濟(jì)方面的問(wèn)題，比如在較大的風(fēng)阻下，手動(dòng)操作的風(fēng)門，很難被打開(kāi)，需要很多專職的工人來(lái)做這一件事，這其實(shí)變相的消耗了井下職工的勞動(dòng)力。另一方面，頻繁的開(kāi)啟和關(guān)閉造成了風(fēng)門的損傷，如果使用電氣閉鎖，造價(jià)和維護(hù)成本又十分高昂，經(jīng)濟(jì)方面也無(wú)法接受。因此，需要設(shè)計(jì)一套能夠避免此狀況的聯(lián)鎖氣動(dòng)控制風(fēng)門，保障井下職工的安全，降低維修風(fēng)門的成本。

1 設(shè)計(jì)目的

本設(shè)計(jì)的目的就是要克服現(xiàn)在技術(shù)上的缺陷，提供一種能夠防止通風(fēng)系統(tǒng)漏風(fēng)，保證供氣質(zhì)量的聯(lián)鎖氣動(dòng)控制風(fēng)門。與此同時(shí)，風(fēng)門開(kāi)啟和關(guān)閉完成動(dòng)作的速度要能夠得以保證，開(kāi)啟和關(guān)閉不能太遲緩。最后，以往的風(fēng)門都是木質(zhì)的，很容易被井下積水腐蝕而損壞，所以新設(shè)計(jì)的風(fēng)門要具有一定的耐腐蝕能力，增長(zhǎng)使用壽命，控制方式也要相對(duì)經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，降低使用成本。

2 風(fēng)門的設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)風(fēng)門為雙門，為了避免兩道門同時(shí)打開(kāi)的情況，兩道門互為聯(lián)鎖。風(fēng)門前后都有紅外激光器和與之對(duì)應(yīng)的接收器，探測(cè)是否有人員或車輛要經(jīng)過(guò)風(fēng)門，接受的信號(hào)傳遞給機(jī)械部分，由機(jī)械部分打開(kāi)和關(guān)閉。最后，風(fēng)門內(nèi)芯為木質(zhì)材料，外面以鋼材表皮包裹住，防止腐蝕。

2.1 驅(qū)動(dòng)方式的設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)采用的風(fēng)門使用氣動(dòng)式驅(qū)動(dòng)方式，以井網(wǎng)的壓縮空氣為動(dòng)力通過(guò)氣缸打開(kāi)風(fēng)門，它的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能可靠、使用方便。

2.2 機(jī)械連鎖裝里的設(shè)計(jì)

機(jī)械連鎖裝置最重要的特征是采用機(jī)械連鎖，將2塊寬12 mm的槽鋼整體焊接成后部固定板，2根直徑為10 mm的無(wú)縫鋼管焊接在一起，形成2個(gè)套筒[1]。在套筒中心線上切寬10 mm和長(zhǎng)60 mm的孔，安裝鎖定塊，鎖定旋轉(zhuǎn)塊為三角形鋼板，其角為圓弧面并旋轉(zhuǎn)。塊的中心與銷的中心相等，安裝時(shí)弧角垂直向下。銷軸通過(guò)旋轉(zhuǎn)塊固定在后部固定板上，滑動(dòng)體被單獨(dú)加載到套筒中。鋼絲繩通過(guò)滑輪連接到滑塊的頂部，鋼絲繩的另一端與風(fēng)門連接。在工作狀態(tài)下，一個(gè)風(fēng)門開(kāi)啟時(shí)，滑動(dòng)體碰撞轉(zhuǎn)動(dòng)塊，轉(zhuǎn)動(dòng)塊轉(zhuǎn)向另一個(gè)套筒，防止另一個(gè)風(fēng)門開(kāi)啟。

2.3 控制方式的設(shè)計(jì)

控制方式有兩類，主要的控制方式為自動(dòng)控制，在風(fēng)門兩側(cè)裝好的激光發(fā)射器和感應(yīng)器配合工作，檢測(cè)是否有行人要通過(guò)，當(dāng)檢測(cè)到有行人通過(guò)時(shí)，可以自動(dòng)打開(kāi)風(fēng)門，并配有語(yǔ)言播報(bào)系統(tǒng)，可以開(kāi)關(guān)門的同時(shí)外放語(yǔ)音預(yù)警，防止誤傷，真正做到安全無(wú)誤。另一種控制方式為人工操作電控閥控制，在人員或車輛通行較多時(shí)，僅靠傳感器不足以完成開(kāi)啟和關(guān)閉的工作，這時(shí)候，人工控制開(kāi)關(guān)，使得車輛和行人有足夠的時(shí)間通過(guò)風(fēng)門。這種控制方式的權(quán)限大于感應(yīng)器的控制，避免機(jī)械傷害。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

某礦的3號(hào)層1208巷道為采區(qū)主要運(yùn)輸途徑，采用軌道運(yùn)輸?shù)姆绞健榱苏{(diào)整和控制大巷內(nèi)的風(fēng)流,在1208運(yùn)輸巷道集中風(fēng)區(qū)設(shè)置了兩扇風(fēng)門，由木質(zhì)材料制成，手動(dòng)控制開(kāi)啟和關(guān)閉。然而，1208巷道內(nèi)運(yùn)輸量和人流量都十分大，因此需要安排多名工人分別在兩道門專職工作，額外消耗了大量的勞動(dòng)力。同時(shí)，大巷的積水水量也很多，導(dǎo)致風(fēng)門底部長(zhǎng)期泡在水中，其結(jié)果為風(fēng)門底端木質(zhì)腐爛，風(fēng)門不再完整，無(wú)法控制風(fēng)量，降低了井下通風(fēng)的質(zhì)量，還需要工人時(shí)常維修，增加了成本。車輛和人員的頻繁穿越風(fēng)門，需要工人開(kāi)啟風(fēng)門次數(shù)增加，多次出現(xiàn)兩道風(fēng)門同時(shí)被打開(kāi)。這不僅影響煤礦通風(fēng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，而且導(dǎo)致相鄰區(qū)域的風(fēng)量分布不均。高瓦斯礦井容易產(chǎn)生瓦斯積聚，礦井瓦斯事故是由通風(fēng)不良造成的。因此，鑒于這種情況，該礦通風(fēng)組設(shè)計(jì)了一套煤礦聯(lián)鎖氣動(dòng)控制節(jié)流閥并安裝在1208運(yùn)輸干道上進(jìn)行試驗(yàn)。

3.1 聯(lián)鎖氣動(dòng)控制風(fēng)門組成

1）聯(lián)鎖氣動(dòng)控制風(fēng)門的組成主要有四部分：激光部分，包括遠(yuǎn)程激光發(fā)射器和對(duì)應(yīng)的感應(yīng)器；控制部分，包括聯(lián)鎖開(kāi)關(guān)和伸縮臂；鏈接部分，包括風(fēng)壓管線和各種電線和電纜；排水泄水系統(tǒng)。

2）聯(lián)鎖氣動(dòng)控制風(fēng)門規(guī)格按照施工巷道斷面規(guī)格進(jìn)行定制，1208巷道共安裝兩道風(fēng)門，根據(jù)礦山要求的行車速度和人體工程學(xué)，兩道風(fēng)門間的距離設(shè)置為30 m，這樣可以保證人員在風(fēng)門自動(dòng)聯(lián)鎖關(guān)閉時(shí)到達(dá)指定位置。同時(shí)，為了避免風(fēng)門底端被井下積水浸泡而腐蝕的情況，特采用鋼材包裹，風(fēng)門內(nèi)芯為木質(zhì)，外皮為0.5 mm厚的鋼板[2]。

3）在兩道風(fēng)門間，容易被風(fēng)門掛帶進(jìn)井下廢水，形成積水，這就會(huì)導(dǎo)致人員和車輛通行的不便，因此，需要配備臨時(shí)排水系統(tǒng)，保證風(fēng)門間行動(dòng)的方便快捷。在通道兩側(cè)設(shè)置排水渠、臨時(shí)水倉(cāng)，配一套完整的排水設(shè)備。

4）激光部分由激光發(fā)射儀、探測(cè)器及其鏈接線路組成。其與伸縮臂連接，伸縮臂位于風(fēng)門內(nèi)側(cè)，兩道風(fēng)門都只可向內(nèi)側(cè)打開(kāi)。

3.2 聯(lián)鎖氣動(dòng)控制閥的工作原理

1）當(dāng)井下工作車輛或者工人需要穿行風(fēng)門時(shí)，到達(dá)風(fēng)門前一定距離后，車輛或人體會(huì)擋住激光儀持續(xù)射出的紅外線，安裝在另一側(cè)的探測(cè)儀在設(shè)定時(shí)間內(nèi)沒(méi)有接受到紅外信號(hào)，就會(huì)自動(dòng)向聯(lián)鎖開(kāi)關(guān)傳遞信號(hào)，聯(lián)鎖開(kāi)關(guān)接受信號(hào)后的操作為聯(lián)通點(diǎn)源，風(fēng)壓伸縮臂有電后立刻反應(yīng)，自動(dòng)打開(kāi)第一道門，車輛和人員直接進(jìn)入。此時(shí)，第二道風(fēng)門未接受信號(hào)，仍被聯(lián)鎖處于關(guān)閉狀態(tài)。

2）在車輛或行人進(jìn)入第一道風(fēng)門后，此時(shí)前一道風(fēng)門的探測(cè)器長(zhǎng)時(shí)間未接受信號(hào)，激活第二道風(fēng)門的伸縮臂，解除聯(lián)鎖。

3）當(dāng)車輛或行人經(jīng)過(guò)第二道風(fēng)門前方的探測(cè)器時(shí)，與第一道風(fēng)門工作原理相同，在聯(lián)鎖開(kāi)關(guān)控制下打開(kāi)第二道風(fēng)門，同時(shí)第一道風(fēng)門聯(lián)鎖關(guān)閉狀態(tài)。

4）當(dāng)車輛或行人還未穿過(guò)完，或其他情況下，一道風(fēng)門打開(kāi)，仍需打開(kāi)另一道門時(shí)，可以采用人工獨(dú)立開(kāi)啟的方式。

3.3 應(yīng)用效果

經(jīng)過(guò)通風(fēng)隊(duì)設(shè)計(jì)的煤礦聯(lián)鎖氣動(dòng)控制風(fēng)門在井下使用一段時(shí)間后，效果十分明顯，有效解決了以往設(shè)計(jì)上的缺陷，顯著提高了通風(fēng)質(zhì)量。根據(jù)其2015年的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和維修臺(tái)賬顯示，1208巷道維修風(fēng)門十余次，其中，有一次風(fēng)門損壞嚴(yán)重，無(wú)法維持基本的供風(fēng)能力，因此而停產(chǎn)。這些維護(hù)成本估算為15萬(wàn)元人民幣。在安裝連鎖氣動(dòng)風(fēng)門后的2016年，有效解決了傳統(tǒng)木質(zhì)風(fēng)門的控風(fēng)能力差，消耗勞動(dòng)力，維修成本高等問(wèn)題。從安裝起到安裝后的12個(gè)月，其維修和更換耗件的費(fèi)用僅為1.5萬(wàn)元，停工停產(chǎn)次數(shù)為0，僅需要正常的檢修和個(gè)別情況下工人去控制電動(dòng)閥，大大降低了風(fēng)門的維護(hù)成本和人員消耗。

4 結(jié)論

1）本文設(shè)計(jì)的煤礦聯(lián)鎖氣動(dòng)控制風(fēng)門，在實(shí)際企業(yè)中應(yīng)用效果極好，保證了井下通風(fēng)的質(zhì)量，保障了工人的生命安全，具有極大的推廣價(jià)值。

2）新設(shè)計(jì)的風(fēng)門與其配備的排水設(shè)施，有效解決了因?yàn)榫路e水導(dǎo)致的風(fēng)門腐蝕問(wèn)題，減少了維修頻率，延長(zhǎng)了風(fēng)門的使用壽命，為企業(yè)降低了成本。

3）新型風(fēng)門的操作簡(jiǎn)單，反應(yīng)也十分靈敏，完全可以滿足井下人員和車輛通過(guò)風(fēng)門的次數(shù)和頻率，真正實(shí)現(xiàn)了安全通風(fēng)。

4）新型風(fēng)門的控制方式仍有部分缺陷，如果在較小的井下，風(fēng)門間的間距和風(fēng)門的大小都不夠大時(shí)，同一輛在經(jīng)過(guò)時(shí)，其車輛的前段和后緣會(huì)同時(shí)觸發(fā)風(fēng)門兩側(cè)的激光探測(cè)儀，這會(huì)導(dǎo)致風(fēng)門的不互鎖。一旦風(fēng)門被切斷，失去了聯(lián)鎖控制，則需要手動(dòng)操作。