防水閘門遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的研究與應(yīng)用

蘇俊輝 王海平

(山西焦煤霍州煤電集團有限責(zé)任公司團柏煤礦山西霍州031400）

摘 要：基于現(xiàn)有多數(shù)礦井防水閘門的缺點，詳細(xì)介紹了防水閘門遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的設(shè)計方案與工作原理以及防水閘門各組成部分的結(jié)構(gòu)特點、性能，通過在霍州煤電集團團柏煤礦下組煤+400水平的應(yīng)用情況驗證了系統(tǒng)的可靠性。

關(guān)鍵詞：防水閘門遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)應(yīng)用研究團柏煤礦

中圖分類號：TD636 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791(2012)04(c)-0042-02

Abstract：Based on the disadvantages of prevention water gate，the remote control system of prevention waer gate was studied，the system characteristics such as the design project、design principle、structural feature and performance are also presented detailedly. Its reliability has been tested by field practice in tuanbai mine with 400 level。

Key words：prevention water gate；remote control system；application research；tuanbai mine

礦井水患是礦山建設(shè)和生產(chǎn)中安全隱患之一。預(yù)防和治理水患是一項重要的安全課題。建造防水閘門是預(yù)防水患普遍采用的方法。

地質(zhì)條件復(fù)雜與有突水危險的礦井均設(shè)有防水閘門作為突水時的安全屏障，但由于有下列因素造成現(xiàn)有多數(shù)防水閘門不能及時關(guān)閉或關(guān)閉不嚴(yán)：(1)關(guān)閉閘門前需人工做的工作：關(guān)閉箅子門—拆除門前軌道—拆除機車架線—關(guān)閉防水閘門—關(guān)閉排水閘閥，在演習(xí)條件下做完這些工作需50min以上時間；(2)關(guān)閉時的滯后時間無法確定：突水時人員撤出后才能關(guān)門，此時間長短難以確定，當(dāng)人員撤出后往往水位漲至軌面以上，軌道拆除將十分困難；(3)水能阻力：門扇在開啟狀態(tài)時與硐室邊線有一仰角，水流動能迫使門扇向外位移，人力需大于水流動能才能轉(zhuǎn)動門扇，當(dāng)水位漲至軌面300mm時人工關(guān)閉已十分困難，當(dāng)水位高于軌面400mm以上時人工就無可能關(guān)閉防水閘門，并威脅到現(xiàn)場操作人員的人身安全；(4)閘門處淤積負(fù)荷多：其原因多是箅子門結(jié)構(gòu)不合理，未能最大限度阻截煤泥、砂石等雜物，閘門處淤積負(fù)荷大，導(dǎo)致門扇難以關(guān)閉嚴(yán)實；(5)電機車架線的阻礙：電機車架線不易拆除，導(dǎo)致門扇關(guān)閉不嚴(yán)；(6)風(fēng)能阻力：一般情況下門扇關(guān)閉方向正與風(fēng)向相反，由于負(fù)壓的作用人工關(guān)閉非常困難。

鑒于以上原因，設(shè)計、研制出可遠(yuǎn)程操控的防水閘門系統(tǒng)對增強礦井防水安全就尤為必要。

1設(shè)計方案及技術(shù)措施

1.1 設(shè)計綱要

要使閘門及時可靠地關(guān)閉其設(shè)計路徑為：(1)將各設(shè)備單元列為一系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計優(yōu)化，使各設(shè)備單元的結(jié)構(gòu)可滿足配置動力裝置的條件，實現(xiàn)自動化操作；(2)釆取技術(shù)措施最大限度減少閘門處的淤積負(fù)荷。

1.2 箅子門的設(shè)計優(yōu)化

現(xiàn)采用標(biāo)準(zhǔn)圖制造的箅子門格柵間距為100mm，即小于100mm的雜物就會向閘門處沖擊，但由于硐室斷面小于巷道斷面，此處易淤積雜物，給門扇關(guān)閉造成困難或使門扇難以關(guān)閉嚴(yán)實；再之原箅子門關(guān)閉后人員就不能撤出。這些缺陷需在結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化中解決。優(yōu)化后的箅子門結(jié)構(gòu)為兩扇對開，門扇上部格柵間距小于50mm，下部為整體鋼板，鋼板與巷道面用橡膠板密封，并在兩側(cè)門扇中各設(shè)有安全門，專供人員經(jīng)此撤出。這種結(jié)構(gòu)既可通水又可有效阻截煤泥、砂石等雜物，最大限度地減少了閘門處的淤積負(fù)荷，為順利關(guān)閉閘門創(chuàng)造了好的條件。

若門扇配置動力機構(gòu)就可實現(xiàn)遠(yuǎn)程開、閉。

1.3 軌道拆除機構(gòu)的設(shè)計

原閘門前需拆除的軌道由人工現(xiàn)場拆除，當(dāng)硐室中設(shè)置雙線軌道時工作量將倍增，當(dāng)水位漲過軌面后人工拆除將十分困難，當(dāng)突水量大時人們就無法到達(dá)現(xiàn)場去實施拆除工作，導(dǎo)致閘門不能關(guān)閉。因此軌道拆除需設(shè)置機械動力既可克服上述困難又可達(dá)到速拆的目的。具體結(jié)構(gòu)為：將需拆除的軌道設(shè)計為活動軌道，活動軌道端頭用用定位機構(gòu)定位，使軌距與固定軌道一致，活動軌道長度大于門扇轉(zhuǎn)動半徑，分段絞接，尾部固定在硐室內(nèi)，頭部的連桿與鋼絲繩固定，鋼絲繩末端固定在液壓馬達(dá)滾筒上，當(dāng)液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)動時就會使活動軌道自動疊折收縮在硐室內(nèi)。

1.4 拆除機車架線裝置的設(shè)計

機車架線高度距軌面為1.8m～2.2m處，線徑為18mm左右，而門扇高度大于架線高度，所以門扇關(guān)閉時必須拆除。但有時受到專用工具及高度的影響不能拆除，導(dǎo)致門扇關(guān)不嚴(yán)實，降低了閘門使用效果。因此拆除機車架線只有配置機械動力才可達(dá)到速拆的目的。

具體結(jié)構(gòu)為：將來水端導(dǎo)線與門前橫梁絞接固定，后端導(dǎo)線與硐室內(nèi)橫梁絞接，設(shè)置油缸為驅(qū)動動力，油缸布置在硐室內(nèi)，導(dǎo)線分兩段并在中間用卡簧連接，當(dāng)油缸運動時使卡簧張開，兩端導(dǎo)線自然下垂，一段下垂至硐室內(nèi)，一段下垂于門扇外。此裝置分為帶電拆除及不帶電拆除兩種方式，帶電與不帶電拆除裝置僅是拆除段導(dǎo)體材料不同。若釆用帶電拆除裝置導(dǎo)線垂落高度要在軌面以上；若采用不帶電拆除裝置平常機車通行需靠慣性通過。

1.5 門扇關(guān)閉機構(gòu)

以油缸為動力元件，油缸的活塞桿端部與門扇絞接，缸體尾部固定在硐室壁的支座上，當(dāng)活塞桿前、后運動就可使門扇開啟、關(guān)閉。

1.6 液壓系統(tǒng)

（1）液壓站：布置在硐室背水側(cè)，高于軌面0.5m以上，為全密封結(jié)構(gòu)，可承壓10MPa。此種結(jié)構(gòu)保證了液壓站在水下正常工作的功能，為防水閘門開、閉提供了動力保障;（2）執(zhí)行元件的行程控制釆用了最新的無觸點技術(shù)，保證了在水下正常工作的功能。

1.7 電控系統(tǒng)布置

設(shè)有遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)及就地控制系統(tǒng)，平常設(shè)于遠(yuǎn)控為模式，檢修時可切換至就地模式。遠(yuǎn)控模式下可隨機監(jiān)測防水閘門的運行工況。

（1）遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)。

工控機（控制終端）設(shè)在地面調(diào)度室，經(jīng)光纜與井下PLC控制柜連接，由組態(tài)王軟件管理運行，實時監(jiān)測防水閘門的運行工況，為閘門關(guān)閉提供決策依據(jù)。

（2）就地控制系統(tǒng)。

由PLC控制柜及現(xiàn)場操作臺等組成，設(shè)置在液壓站硐室，并高于軌面1m以上；若需在現(xiàn)場操作可在操作臺上按序開、停按鈕既可。

1.8 安全措施

主要動力元件為一備一用，并可自行切換。當(dāng)電力終斷時由人工操作液壓手動泵逐一拆除、關(guān)閉所控設(shè)備。

2項目實施情況

團柏礦+400水平工作面為礦井主要帶壓開釆煤層，地質(zhì)條件極復(fù)雜，正常涌水量為1500m3/h，為了防止突水災(zāi)害，在+400水平主運輸大巷設(shè)置了防水閘門一座。閘門硐室凈斷面為（寬×高）4.43×2.70m2，運輸方式為架線電機車雙線運輸。為了及時可靠地關(guān)閉防水閘門及保證操作人員的安全，團柏礦與武漢明清公司合作，設(shè)計、研制、安裝了防水閘門遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)。

該系統(tǒng)控制終端設(shè)在礦調(diào)度室，距井下+400水平防水閘門距離為7.8km，由于光纜路距長、焊接點多，信號衰減值大，光纜經(jīng)重新焊接后信號才達(dá)到了正常傳輸值。顯示屏很直觀反映系統(tǒng)的在線工況。可據(jù)需要隨時關(guān)閉閘門，并無需人員到現(xiàn)場操作。

此系統(tǒng)已投入使用近半年，自動拆除門前軌道、機車架線、關(guān)閉防水閘門、關(guān)閉閘閥。在遠(yuǎn)控制模式下關(guān)閉閘門的時間少于4min，達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計目標(biāo)。

3優(yōu)點及需改進(jìn)的方面

3.1 優(yōu)點

（1）全遠(yuǎn)程操作，全自動化運行，快捷高效，關(guān)閉時間短，保證了操作人員的安全。

（2）利于礦井?dāng)?shù)字化管理。

（3）若與集團公司總調(diào)度室連網(wǎng)，集團公司可隨機監(jiān)察各礦防水閘門的運行實況，便于專業(yè)部門的管理、決策。

3.2 需改進(jìn)的方面

（1）閘門來水方向應(yīng)設(shè)水位傳感器，水位傳感器信號傳入控制終端，為關(guān)閉閘門提供參數(shù)。

（2）控制終端需與閘門前方區(qū)域的人員定位系統(tǒng)連網(wǎng)，當(dāng)人員全部撤出后即可立即關(guān)閉閘門。

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