成庄矿新型分区风门的研制及应用

刘毅

（山西晋城无烟煤矿业集团有限责任公司，山西 晋城 048006）

成庄矿新型分区风门的研制及应用

刘毅

（山西晋城无烟煤矿业集团有限责任公司，山西 晋城 048006）

摘要：长期以来成庄矿三五分区风门主要采用手动开启和机械闭锁方式，可靠性差，同时该处巷道服务年限长，矿山压力显现，严重影响风门的正常使用，矿井安全得不到保障。针对上述问题，从门框及其固定装置、风门平衡开合机械系统、风门程控系统方面进行研究，研制出可自动控制的抗压风门，具有较高的推广应用价值。

关键词：风门；防矿压；自动控制

成庄矿当前开采煤层为3号煤，为高瓦斯矿井，采用机械抽出式通风方式，现共有3个主通风机房，分别为中央回风立井主通风机、2号风井主通风机、3号风井主通风机。其中中央回风立井通风机主要担负矿井二、三盘区的通风任务，2号、3号风井通风机分别为四盘区、五盘区独立通风。

风门是矿井通风系统中的重要装置，作为既要通行车辆、人员，又要起到隔断风流的变动性设施，目前的风门闭锁、风门材质和自动化确实有一定的进步，但由于数量多，条件限制，许多风门仍然存在着许多的漏洞和隐患，特别是受矿压变形的风门，不能完全的开关，漏风严重，给通风管理特别是系统的稳定造成危险［1］。

1　矿井概述

成庄矿三五分区风门主要采用手动开启和机械闭锁方式，在运输或行人通过时人工开启风门，但因机械闭锁装置可靠性差，两道风门同时开启现象经常发生，一旦发生同时打开两道风门的现象，就会使风流短路，造成通风系统紊乱，失去了隔断风流的意义，系统经常处于不稳定状态，矿井安全得不到保障。

三五分区风门原先采用的是双扇无压风门，它借助人力、杠杆原理以及拉杆与拐臂的换向作用，使两扇门同时向相反的方向开启，这样在开启的时造成风量流失，一个人不用费力就能把门打开。它的缺点是：第一，易受巷道动压的影响，巷道底板会突然或缓慢地在不同位置鼓起现象，风门变形示意图，见图1，同时侧面也会在不同的部位发生变形，严重时轨道扭曲，道木倾斜，风门被卡死不能正常打开或开闭，造成漏风或变形，形成重大安全隐患；第二，由于风门是人工进行开启，经常行车的风门都必须配备专门人员管理，费工又费力；同时采用的机械闭锁装置主要是通过钢丝绳来完成，并不能真正起到闭锁的作用，可靠性差，对风门的管理和维护十分不利。

图1　风门变形示意图

2　新型风门系统

本系统由门框及其固定装置，风门平衡开合机械系统，风门程控系统三个主要部分组成。

2.1门框及其固定装置

风门在实际使用时，门框的支撑面出现不同程度的变形，尤其是底部变形严重，侧面上部分基本不变形，主要是下部分变形。由于风门门框的支撑面底面的受力情况是一种蠕变或突变，所受力的大小以及受力部位都没有任何规律，且变形部分的受力大小以及受力部位无法确定。因此，风门门框的设计和固定方法上必须解决门框随巷道固定面变形而变形的问题，在解决门框防变形问题的同时，还得考虑风门在使用过程中的安全和耐用性能，在车或其它外力的突然冲撞下，门框不会发生变形甚至倒塌。所以，门框及其固定装置部分的设计成为本为系统中非常关键的一个环节，综合各方面因素且在设计安装等环节经过多次修改，门框及固定装置图，见图2。

图2 门框及固定装置图

钢质门框底面与巷道地面水平通过上下各两个地脚螺栓将门框固定，两个锥状混凝土墩竖直放置于碎石块中，安装时先将铁皮制成的锥状桶放置于门框安装位置的底下，通过碎石将其放置平衡。将门框按要求放置于安装位置后通过左右巷道内壁凹槽基本稳定，调整好下面两个地脚螺栓位置后浇注混凝土，固化后拧紧螺丝即可。顶部的固定在最后通过两个打入巷道顶部的地脚螺栓完成［2-5］。

门框左右侧面的固定方法，见图3，巷道侧面凹槽在门框安装前于制定位置开挖完成，加装软性填充物后再固定门框，门框与巷道侧面缝隙处用水泥砂浆抹平。

图3　门框侧面安装示意图

2.2风门平衡开合机械系统

风门平衡开合机械系统由主要滑道、推杆、压力平衡门以及连杆等组成，通过气缸、调速阀、防爆电磁阀等控制门的开合，气缸固定在风门的上部，另一端固定在门上，风门动力来源于井下管网的压缩气体。平衡风门机械结构示意图，见图4。

图4　平衡风门机械结构示意图

当矿车经过风门前后的传感器时，由传感器将信号传送到控制机构，控制机构通过气缸、调速阀、防爆电磁阀等控制门的开合，气动电磁阀控制汽缸的伸缩，同时配有调速阀可以控制风门开关的速度。门的上方装有连杆机构，当一扇门受力转动时，通过连杆驱动另一扇门向反方向转动，即使在巷道内负压情况下风门亦可轻松开启。

2.3风门程控系统

风门程控系统主要由单片机、声光报警输出、红外霍尔输入、电机控制输出、本安电源等部分组成，见图5。

由于用在煤矿井下，所以风门程控系统按矿用隔爆兼本安型来设计。在本安电路与隔爆部分之间全部采用光电耦合器来进行全面的隔离。根据有关规定和现场使用情况，确定风门程控系统为两道风门（简称A门、B门）。每个风门不仅有自己独立的传感系统（包括开门到位传感器、关门到位传感器、左来车传感器、右来车传感器及门障传感器），而且有独立的声光信号系统，其红、绿、黄三种颜色的发光指示出了不同的工作状态，长短发声的组合提示开、关门的时间信息。其基本通行原则：一是A、B门不能同时开启，任一时刻只允许一个门打开；二是先请求光通过；三是请求记忆功能；四是没有通行时自动开闭。

图5 程控系统组成

3　应用及结论

新型风门经过一年时间的应用，有效减少了风门维修工作量，主要的维修工作是清理矿压作用挤压出的碎石。人员、矿车经过时，实现了自动开启和关闭，更加安全可靠。

新型分区风门针对成庄矿三五盘区连接巷道服务年限长、受矿压影响较大和运输频繁等问题，研制出可自动控制的抗压风门。与传统的风门相比具有如下特点：a.用优质钢板及阻燃填充材料制作，外框有自由伸缩量，可有效抵消矿井地质变化。b.风门的推杆、连杆等机构使风门具备防撞功能，即使车辆失控的情况下，也不会撞坏风门。c.具有双门互锁自动控制功能，操作更方便、更安全。d.可拆卸组装，重复使用。

参考文献：

［1］张国枢.通风安全学［M］.徐州：中国矿业大学出版社，2007.

［2］黄永菲，舒社会，王卫桢.复杂地质条件下风门构筑技术应用研究［J］.中州煤炭，2009（10）：98-99.

［3］张燕斌.风门中的通风理论与应用［J］.技术与市场，2014，21（10）：25-27.

［4］杜玉喜，周广建，潘如春.风门液压助力开启装置的研究应用［J］.山东煤炭科技，2014（12）：90-93.

［5］冯杰，张发明.矿井风门功能完善及技术改进［J］.煤矿设计，2000（4）：34-36.

（编辑：武晓平）

中图分类号：TD 724

文献标识码：A

文章编号：1672-5050（2016）03-021-03

DOI：10.3969/j.cnki.issn1672-5050sxm t.2016.06.006

收稿日期：2016-02-05

作者简介：刘毅（1972-），男，山西侯马人，大学本科，工程师，从事通风安全管理工作。

Study and App lication of New Sectional Air-door in Chengzhuang M ine

LIU Yi
（Shanxi Jincheng Anthracite Mining Group，Jincheng 048006，China）

Abstract：Manual opening and mechanical shutting method has been used for No.35 sectional air-door in Chengzhuang Mine for a long time，which has poor reliability.Besides，long service life of roadway and obvious pressure appearance seriously affect the normal operation of the air-door and fail to guarantee themine safety.To solve the above problems，，an automatic control compressive air doorwas developed based on the analysis of door frame，fixing appliances，balanced opening and shutting mechanical system，and programmed control system of the air-door，which has ideal popularization and application value.

Keywords：air-door；ground pressure prevention；automatic control