井下新型圆弧拱形分体上翻式防水闸门的研究

温欣颖，温 毅

（煤炭工业太原设计研究院，山西 太原 030001）

井下新型圆弧拱形分体上翻式防水闸门的研究

温欣颖，温 毅

（煤炭工业太原设计研究院，山西 太原 030001）

介绍了圆弧拱形可分体式上翻式防水闸门的设计过程及圆弧拱形可分体式上翻式防水闸门的特点。

圆弧拱；上翻分体式防水闸门

随着煤矿开采深度的不断增加，采空区积水和奥灰水带压开采问题日趋突出，给矿井的安全生产带来极大的威胁。因此，在矿井井底车场附近的巷道中设置防水闸门硐室是目前矿井普遍采用的防治水设施之一。但是，随着矿井建设规模的不断扩大，以及煤矿机械化程度的不断提高，矿井井下设备外形尺寸在不断增大，同时矿井通风量随着矿井瓦斯涌出量的增加，巷道断面也在相应的增大，因而现有的标准防水闸门由于规格尺寸小和结构形式为整体焊接等问题已不能满足矿井井下巷道的使用需要，从而限制了防水闸门的使用范围。

目前，煤矿井下普遍采用的防水闸门标准设计只有薄壳式和平板式两种，其中薄壳式规格为1.7m×2.3m和2.0m×2.3m两种，适用静水压1.6MPa～8.0MPa；平板式规格为1.7m×2.3m，适用静水压1.0MPa～1.6MPa。标准规格平板式防水闸门由于承受压力较小，应用较少。薄壳式防水闸门适用于水压远高于平板的防水闸门，因此应用较为普遍。但由于目前矿井巷道宽度在不断加大，并且有不断增大的趋势，导致薄壳式防水闸门的应用范围在不断缩小，已无法满足大型设备的通过和矿井通风的需求。值得注意的是，目前正在设计和投产的矿井的巷道宽度一般都大于等于4m，如果为了满足使用需要仅仅是单方面扩大薄壳式防水闸门的规格，则会出现无法运输、提升、安装等问题，关键是还会导致防水闸门强度的降低，无法承受奥灰水水头较大的压力。其次，如果防水闸门在胶带大巷使用，存在着关闭时必须要求剪断胶带的缺点，不能满足《煤矿安全规程》中关闭实验要每年进行两次的要求，而且目前矿井井下普遍使用大型钢绳芯带式输送机及大巷双轨道运行，导致剪断胶带既难以实现，在经济上也极不合理，关键是还会延误关门时间，对矿井的安全造成了严重的威胁。鉴于此种情况，结合矿井的实际条件，设计开发了圆弧拱形可分体上翻式防水闸门。

1 圆弧拱形可分体上翻式防水闸门结构形式

圆弧拱形可分体上翻式防水闸门由一个中间用两排螺栓连接在一起的圆弧拱形可分体门扇和可分体门框组成，见图1平面图和图2剖面图。

图1 平面图

图2 剖面图

1.1 可分体式门扇

可分体式门扇是一个上门扇、一个下门扇之间用螺栓连接在一起的圆弧拱结构（如果巷道高度超过3.0m，还可以加一个中门扇），上下门扇规格尺寸相同，见图1。门扇由圆弧拱形门面板、圆弧拱形横筋板、矩形竖筋板和门檐板焊接而成。在上门扇的上方焊接两个门轴板。如果在胶带巷使用需在下门扇留设一个胶带槽，如果在轨道巷使用需留设两个U形轨道槽。此外，在上下门扇上还要焊接起吊环、开关门液压千斤顶前支架等，并在上下门扇连接处的横筋板上留设一定数量的螺栓连接孔，安装时用螺栓将上下门扇连接在一起。

1.2 分体式门框

分体式门框由左、右门框和上、下门框四部分组成，两侧左右门框为梯形，上下门框为圆弧拱形，上下门框和左右门框靠门框连接筋板焊接在一起，同时配有门轴和千斤顶后支架，见图2。从正面看整个门框为一矩形结构，投影看为一圆弧拱形结构，所以门框整体俯视图为圆弧拱形，左视图为矩形。整个门框由顶支撑板、底支撑板、中支撑板、圆弧拱形门框板、三角形筋板、拱形筋板、门框连接筋板、梯形筋板、连接螺栓、平面门框板组成。刀把形门轴板为了加强预埋强度在上端顺向焊接了加长钢板及横向钢板。门轴板为一刀把形，门轴板上端顺向焊接两块加长钢板，整体直接焊接在上门框上，并在加长钢板的末端垂直焊接一块横向钢板，以增加预埋强度。开关门液压千斤顶一头固定在巷道壁一头连接在门体上，实现了机械化开关防水闸门，起到了迅速、简单的完成防水闸门的动作的作用。对于胶带运输巷防水闸门和轨道巷防水闸门，为了保证不剪断钢绳芯强力胶带在门体下部留有相应的槽，槽的尺寸要与胶带及轨道的规格尺寸一致。

2 圆弧拱形可分体上翻式防水闸门的安装及开启关闭方式

2.1 安装方式

安装方式，见图1。圆弧拱形可分体上翻式防水闸门的安装简单易行。门框是螺栓连接组合而成，用整体浇注的施工方法与防水闸门硐室固定，最后将在现场用螺栓连接好的门扇安装好，配备液压千斤顶系统，安装完成。

2.2 开关方式

开关方式，见图2。圆弧拱形可分体上翻式防水闸门的开启是通过设在门框顶部的液压千斤顶完成开启和关闭动作。

3 模拟实验结果

通过对圆弧拱形可分体上翻式防水闸门进行的模拟实验结果表明，该防水闸门可以满足矿井井下不同水头压力的要求。

4 圆弧拱形可分体上翻式防水闸门的主要优点

1）实用性强。由于圆弧拱形可分体防水闸门关闭时只需拆除活动胶带架和放松拉紧装置，就可关闭防水闸门，无需剪断高强度的钢绳芯胶带就能实现门体闭合，为事故发生时迅速关闭防水闸门争取了时间，也为每年两次的关闭实验减少了经济损失和工作量，同时可适用于现有井下各种巷道。

2）承载结构合理。圆弧拱形可分体防水闸门合理的受力机构，分散了水头施加在闸门门体上的力，使得防水闸门的规格可以适应现有矿井巷道的设计，而且由于该防水闸门的分体设计使得圆弧拱形分体式闸门能很方便的运输的安装硐室，解决了大规格防水闸门运输的问题。

3）可在大断面的巷道使用。通过调整门扇钢板和筋板的厚度及圆弧半径使门扇跨度增大，可通过大型设备和较大的风量，并可根据矿井的运输与提升能力对门扇和门框进行分体，当运输与提升井巷断面小时，门扇还可分为多体进行加工和运输，因此，有利于断面大的巷道使用，从而弥补了薄壳式防水闸门不能分体，运输与升降困难的不足。

4）加工工艺简单、加工成本低。薄壳式防水闸门为异形闸门，在制作中需要专门的模具，而且每个规格都需要一套专用的模具，使得薄壳式防水闸门的造价高，加工门槛高。对于圆弧拱形分体式防水闸门，则不存在这样的问题。加工圆弧拱形分体式防水闸门只需要一台卷板机和常用金属加工机械就可以完成。由于该防水闸门结构简单，使得加工周期短，交付快，且加工成本低。

5 结论

由于本设计采用了圆弧拱形上翻式结构，可分体，可使门的制作规格尺寸增大两倍以上，并可在关闭防水闸门时不用剪断胶带机胶带，且开启方便，可满足矿山井下各类胶带运输巷道、轨道运输巷和进回风巷道的使用，应用范围更加广泛。此外，门的制作加工工艺有了质的改变，由模压工艺改为卷板机工艺，制作简单，加工成本大幅度降低，因此经济效益是明显的。

New Type Circular Arches Upturning SpliTUniTWaterprooFGate in Mines

Wen Xin-ying,Wen Yi

(Taiyuan Institute oFDesign and Research oFCoal Industry,Taiyuan Shanxi 030001)

The paper introduces the design process and the features oFcircular arches upturning spliTuniTwaterprooFgate.

circular arches;upturning spliTuniTwaterprooFgate

TD406

A

1672-5050（2011）07-0029-03

2011-04-28

温欣颖（1981—），女，辽宁本溪人，本科，助理工程师，从事煤矿机械生产系统设计。

刘新光