矿用风门自动卸压机构研制

李祖国，孙晓磊

(1.黑龙江煤矿安全监察局，黑龙江 哈尔滨 150001;2.华北科技学院研究生院，北京 东燕郊 101601)

矿井通风系统是矿井生产的重要组成部分，是矿井安全生产的保障系统。而风门是矿井通风系统内数量较多的通风设施。目前我国矿井使用的传统风门，风压对风门的开闭有较大影响。当风门门扇开启方向与风向相反，门扇迎风开启时，由于风门两侧风压差，风门开启很困难;当风门门扇关闭方向与风向相同，风扇顺风关闭时，由于风压与门扇本身作用，容易造成人员损伤和风门损坏。《金属非金属矿山安全规程(GB16423－2006)》中规定:“主扇应有使矿井风流在10 min内反向的措施。当利用轴流式风机反转反风时，其反风量应达到正常运转时风量的60%以上”［1］。因此，风门间如何实现开门卸压，一直是煤矿未能很好的解决的技术难题。本文的目的是为解决开启风门困难的问题，提供一种卸压、开门可以在短时间内一气呵成，操作快捷方便省劲的推拉式百叶窗自动卸压装置。

1 百叶窗翅片参数的计算

该装置将推拉式百叶窗应用于风门上，通过旋转调节百叶窗翅片角度，造成风门两侧空气流动，减小风门两侧风压差。装置设计过程中，百叶窗翅片间距对空气流动效率有重要影响。

90世纪60年代至90年代，百叶窗翅片空气流动实验研究在国外得到发展。1965年，Beauvais［2］对百叶窗翅片模型进行的研究中指出，经过百叶窗翅片的气体的流动几乎沿着百叶窗方向。1980 年，Davenport［3］的研究表明，雷诺数较小的时候，通过翅片的流体并没有穿过百叶窗翅片，而是进行轴向流动;雷诺数较大的时候，流体平行百叶窗流动，百叶窗翅片流动效率是雷诺数的函数。Webb［4］观察了百叶窗翅片结构参数对流动的影响，推出了流动效率的经验关系式。

翅片间距对翅片流动效率的影响如图1所示。不同迎面风速下，翅片的流动效率均随着翅片间距的增大而降低，流动效率受翅片间距的影响十分厉害。从图中可以看出，不同迎面风速下，翅片间距从1.0 mm增加到1.6 mm流动效率大约降低了50%。翅片间距越小的时候，流动效率随翅片间距的变化越快。随着迎面风速的增大，流动效率随翅片间距的变化趋势趋近一致。尤其是低流速时，翅片间距对流动效率的影响最为明显。结合图2可以看出来，随着翅片间距的减小，翅片的流动效率受迎面风速的影响越来越小。从图中可以看出，当翅片间距为1.0 mm的时候，流动效率的变化曲线几乎呈一条平坦的直线。可以推测当翅片间距减小到一定程度的时候翅，片的流动效率可以忽略迎面风速对其的影响，即翅片流动效率只是翅片间距的函数。

图1 翅片流动效率随翅片间距的变化图

图2 不同翅片间距的翅片流动效率随迎面风速的变化图

2 百叶窗卸压装置特点

双向手柄旋转式百叶窗卸压装置与以往的卸压装置相比，具有如下有点:

1)该装置主要是不用电的情况下实现风门的自动控制，操作简单。与以往电控风门相比，本风门采用纯机械控制方式，完全不用电，操作简单方便，且性价比、安全可靠性能更高，特别是对高瓦斯矿井的使用，完全消除了电气带来的安全隐患。

2)维修率低，通风设施使用寿命延长。风门关闭时不受安设地点负压影响匀速关闭，避免了风门快速关闭造成的风门门扇损坏及门框受剧烈撞击墙体变形等情况的发生，同时风门掉斜现象也有明显改善，职工维护量降低，工作效率提高。

3 双向手柄旋转式百叶窗卸压装置的设计

根据百叶窗翅片与风流效率的关系，将百叶窗用于矿井风门卸压，翅片间距设定为1 mm，忽略风流对其影响，使得通风降压效率最佳。

双向手柄旋转式百叶窗卸压装置如图3－6所示，该装置分别安装在每道风门的右侧单扇门上部，人员通过风门从里侧向外开门时，直接推风门(14)上的推板(1)，推板(1)沿推板页轴(16)旋转移动且推动推板顶杆(2)前移，推板顶杆(2)前端斜面与百叶窗里部滚动轴承(3)接触并使其外移、上移，同时使得百叶窗6沿百叶窗端轴6旋转且拉动百叶窗连接立板(5)下移，带动通过百叶窗连接立板销轴(19)与其连接的百叶窗(1－6)各沿其百叶窗端轴旋转打开，完成卸压并随后推开风门。百叶窗(1－6)旋转打开的同时，百叶窗6外部斜支板(6)亦旋转上移且带动百叶窗与四连杆连板(12)仅沿其百叶窗与四连杆连板滑槽(15)上移，而不与下部四连杆角铁立板(侧面)(10)、四连杆(17)等发生连动关系，即推或拉开风门卸压机构即有关联又各自独立单元动作。过风门后，手部离开推板，百叶窗(1－6)在重力作用下自动施转复位，并带动百叶窗6里部滚动轴承(3)旋转下移压在推板顶杆(2)前端斜面上，促使推板顶杆(2)回缩，推板(1)复位。

图3 卸压装置原理里部正视图

该装置分别安装在每道风门的右侧单扇门上部，如图7所示。该装置成本低、制作简单、维修方便，是一种纯机械结构，实用性强，具有一定的经济效益和社会效益。

4 结语

黑龙江龙煤股份分公司鹤岗分公司井下使用的风门，由于矿井通风负压关系影响，风门存在开启困难的问题，增加行人过风门劳动强度。井下各分区石门、主排负压大的地点，风门大多无卸压装置，少数地点风门安装简易插板式或门式的卸压窗，但操作时不够灵便，开门时较团难。开门时操作不当，易发生挤人事故，存在安全隐患。

图4 卸压装置原理外部正视图

图5 卸压装置原理里部侧视图

图6 卸压装置原理外部侧视图

图7 风门卸压示意图

双向手柄旋转式百叶窗卸压机构，双向旋转手柄一体化，便于操作，利用百叶窗页自重快速复位。旋转拉开风门时，卸压、开门、复位短时间一气呵成，操作快捷、省劲、安全，减轻工人劳动强度。该装置现在黑龙江龙煤股份公司鹤岗分公司井下安装使用，取得实际效果。实用性强，作业人员过风门时，卸压、省力、安全，减轻工人劳动强度。同时又可兼做两道风门间嘹望窗使用，具有一定的经济效益和社会效益。

［1］ 2006 G B.金属非金属矿山安全规程［S］［D］.2006.

［2］ Beauvais FN.An Aerodynamic Look at Automotive radiators［J］.SAE Paper No.650470，1965.

［3］ Davenport C J.Heat transfer and fluid flow in the louvered fin triangular ducts［D］.CNAA:Lanchester Polytechnic，1980.

［4］ Webb R L.Flow structure in the louvered fin heat exchanger geometry［C］.SAE Transactions，1990，99(3):1592 －1603.

［5］ 褚一武.风门推拉式百叶窗自动化卸压机构［J］.山东煤炭科技，2013，(2):239 －240.

［6］ 张会勇，等.微通道换热器在家用空调中应用［J］.暖通空调，2009，39(9):80 －85.

［7］ 陈美秀，等.脱硫装置中百叶窗式挡板门密封节能优化方案［J］.2013，52(9):20 －24.

［8］ 焦作矿业学院.采煤概论［M］.北京:煤炭工业出版社，1986.4(1989.4重印).

［9］ 吴业正，等.制冷原理及设备［M］.西安:西安交通大学出版社，2008.

［10］ http://www.cnki.net/kcms/detail/11.2182.TB.20130711.1630.005.html.