煤礦井口安全門應(yīng)急操作閥的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

摘要：在煤礦副井立井提升系統(tǒng)中，《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定：安全門必須與罐位和提升信號(hào)聯(lián)鎖。生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際使用過(guò)程中安全門電磁閥電源中斷后，井口安全門將無(wú)法正常開關(guān)，人員無(wú)法進(jìn)出罐籠。研制一種應(yīng)急情況下不依靠供電電源，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、可靠操作安全門打開、關(guān)閉的機(jī)構(gòu)非常必要。文章對(duì)煤礦井口安全門應(yīng)急操作閥的設(shè)計(jì)與應(yīng)用進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：煤礦開采；井口安全門；應(yīng)急操作閥；換向閥；應(yīng)急提升；手動(dòng)換向 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TD679 文章編號(hào)：1009-2374（2016）09-0157-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.09.077

兗州煤業(yè)股份有限公司鮑店煤礦副井井筒凈直徑8米，井深502.2米，最大提升距離478.2米，設(shè)有3個(gè)工作水平：第一水平為井口+44.82米；第二水平為-350米位置；第三水平在-430米位置。副井安裝兩臺(tái)從波蘭引進(jìn)的2L-5000/2000落地式提升機(jī)，分東西布置，其中西提升機(jī)為雙罐籠提升機(jī)、東提升機(jī)為單罐籠帶平衡錘提升機(jī)。西提升機(jī)工作于第一水平和第三水平之間，主要負(fù)責(zé)提升和下放人員、矸石和材料；東提升機(jī)工作于3個(gè)水平之間，主要負(fù)責(zé)提升和下放人員、大型設(shè)備、超長(zhǎng)物料等。大罐每層限乘42人，小罐每層限乘32人。副井提升系統(tǒng)擔(dān)負(fù)著各水平人員和物料的上下井運(yùn)輸。為保證人員運(yùn)輸安全，各井口均設(shè)有安全門，由氣控閥件控制氣缸動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)安全門開關(guān)。人員進(jìn)入罐籠后，安全門關(guān)閉，搖臺(tái)抬起，位置開關(guān)將安全門和搖臺(tái)狀態(tài)反饋到提升機(jī)信號(hào)系統(tǒng)，使信號(hào)系統(tǒng)具備發(fā)出信號(hào)條件，信號(hào)工方可發(fā)出開車信號(hào)。《煤礦安全規(guī)程》要求，升降人員和主要井口絞車的信號(hào)裝置的直接供電線路上，嚴(yán)禁分接其他負(fù)荷，因此井口安全門電磁閥由井口操車系統(tǒng)進(jìn)行供電。但在實(shí)際使用過(guò)程中，井口操車系統(tǒng)供電取自井下變電所配電線路，存在因線路故障斷電的情況。罐籠運(yùn)行到位后，因電磁閥控制電源中斷，安全門無(wú)法正常動(dòng)作，人員無(wú)法進(jìn)出罐籠。在供電系統(tǒng)短時(shí)間無(wú)法恢復(fù)的情況下，需維修人員拆除安全門與氣缸的連接，人工推拉安全門，實(shí)現(xiàn)人員進(jìn)出罐籠，既不安全，同時(shí)也因處理人員到位的情況影響提升系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

1 井口安全門的工作原理

安全門氣控系統(tǒng)的控制必須與井口操車系統(tǒng)、信號(hào)系統(tǒng)相互配合。罐籠到位后，井口信號(hào)工發(fā)出停車信號(hào)，停止信號(hào)經(jīng)信號(hào)系統(tǒng)傳送到提升機(jī)主控系統(tǒng)，提升機(jī)司機(jī)及時(shí)停車后，井口信號(hào)工按下“打開安全門”按鈕，操車系統(tǒng)啟動(dòng)液壓泵站通過(guò)換向閥控制搖臺(tái)的驅(qū)動(dòng)油缸動(dòng)作，放下?lián)u臺(tái)，搖臺(tái)到位后，發(fā)出到位信號(hào)。安全門具備開門條件，安全門氣控系統(tǒng)電磁閥得電，安全門打開，人員可以進(jìn)出罐籠。當(dāng)罐籠需要運(yùn)行時(shí)，信號(hào)工按下“關(guān)閉安全門”按鈕，安全門電磁閥反方向得電，安全門關(guān)閉，并將信號(hào)傳送到操車系統(tǒng)，驅(qū)動(dòng)液壓站抬起搖臺(tái)。同時(shí)將搖臺(tái)和安全門狀態(tài)傳輸?shù)浇g車控制系統(tǒng)，絞車具備運(yùn)行條件，信號(hào)工根據(jù)需要運(yùn)行位置，發(fā)車開車信號(hào)點(diǎn)，絞車司機(jī)操作提升機(jī)運(yùn)行。

井口安全門氣控系統(tǒng)（如圖1）采用一個(gè)二位五通雙電控?fù)Q向閥（3）控制一個(gè)氣控?fù)Q向的二位五通主閥（4），實(shí)現(xiàn)安全門氣缸（6）的動(dòng)作，帶動(dòng)罐籠安全門運(yùn)行。安全門上安裝有感應(yīng)的位置開關(guān)來(lái)監(jiān)視安全門的開關(guān)狀態(tài)。為了避免電磁閥斷電后安全門誤動(dòng)作，電磁閥（3）為雙電控電磁閥，閥芯的每一個(gè)方向的動(dòng)作，必須由兩端的電磁閥通電來(lái)實(shí)現(xiàn)，斷電時(shí)，主閥（4）不換向，安全門處于之前位置。氣控回路中的壓風(fēng)仍作用在氣缸上，人工無(wú)法打開或關(guān)閉安全門。安全門的開關(guān)狀態(tài)是與提升系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)鎖，因此絞車無(wú)法正常運(yùn)行。

1.供風(fēng)管路；2.減壓閥；3.雙電控電磁閥；4.主閥；5.手動(dòng)換向閥；6.氣缸

圖1 氣控原理圖 圖2 氣控原理圖（改造后）

2 氣控回路改造

在操作系統(tǒng)斷電的情況下，為了能實(shí)現(xiàn)安全門在應(yīng)急情況下的開關(guān)，必須通過(guò)手動(dòng)操作來(lái)改變氣控回路壓力風(fēng)的方向。以往采用倒換控制風(fēng)路進(jìn)風(fēng)和回風(fēng)管的做法，強(qiáng)迫主閥（4）閥芯換向。罐籠每一次運(yùn)行都需操作，且需專業(yè)維修人員操作。操作時(shí)，管路內(nèi)帶有壓風(fēng)，存在一定的安全隱患。為實(shí)現(xiàn)操車系統(tǒng)斷電的情況下安全可靠地操作安全門，進(jìn)行人員提升，在安全門原氣控回路中增加一個(gè)兩位四通手動(dòng)換向閥（5）（如圖2）。正常提升過(guò)程中，閥芯位置只使氣流正常流通，對(duì)原氣控系統(tǒng)不存在影響。應(yīng)急情況可手動(dòng)操作閥芯換向，改變管路中壓力風(fēng)的方向，實(shí)現(xiàn)安全門打開和關(guān)閉，從而保證人員能及時(shí)進(jìn)出罐籠，恢復(fù)提升機(jī)運(yùn)行。

在原來(lái)連接氣缸的管路中串聯(lián)的兩位四通換向閥采用原氣控回路中的二位五通主閥進(jìn)行改造而成。通過(guò)比較二位五通和二位四通換向閥的閥芯和閥體的結(jié)構(gòu)，若在閥體上部開兩個(gè)氣孔，用風(fēng)管進(jìn)行連接。加工密封墊片將一路出風(fēng)口截?cái)啵憧赏ㄟ^(guò)結(jié)構(gòu)的改變，將兩位五通閥改造成兩位四通閥。為使原有的風(fēng)動(dòng)換向，改為手動(dòng)操作換向，通攻絲將閥芯與一側(cè)氣動(dòng)換向閥的活塞連接到一起，并采取可靠密封。通過(guò)連接桿與閥體外側(cè)制作的固定座和操作桿連接到一起，通過(guò)操作桿實(shí)現(xiàn)閥芯換向。改造后手動(dòng)操作的二位四通閥，不會(huì)受安全門斷電時(shí)的位置影響，只要推動(dòng)閥芯即可實(shí)現(xiàn)反方向運(yùn)行，簡(jiǎn)單實(shí)用，安全可靠。

3 閥芯及閥體的改造

換向閥的作用是改變閥芯在閥體內(nèi)部的相對(duì)工作位置，使閥體各接口連通或斷開，從而控制執(zhí)行元件的換向或啟停。二位五通換向閥的工作原理和符號(hào)，如圖3（a），在左圖位置為初始位置，壓力風(fēng)由P口進(jìn)入，由B口排出；A口和T1口連通，可實(shí)現(xiàn)氣缸一個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)或始終處于帶壓狀態(tài)。通過(guò)電磁閥或先導(dǎo)閥實(shí)現(xiàn)閥芯向右動(dòng)作后，在閥芯的作用下，壓力風(fēng)由P口進(jìn)入，由A口排出；B口和T2口連通，實(shí)現(xiàn)氣缸相反方向動(dòng)作。

二位四通換向閥的工作原理和符號(hào)，如圖3（b），在左圖位置為初始位置，壓力風(fēng)由P口進(jìn)入，由B口排出；A口和T口經(jīng)過(guò)閥體內(nèi)管路連通，可實(shí)現(xiàn)氣缸一個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)或始終處于帶壓狀態(tài)。通過(guò)電磁閥或先導(dǎo)閥實(shí)現(xiàn)閥芯向右動(dòng)作后，在閥芯的作用下，壓力風(fēng)由P口進(jìn)入，由A口排出；B口和T口連通，實(shí)現(xiàn)氣缸相反方向動(dòng)作。

圖3

通過(guò)對(duì)二位五通和二位四通閥閥芯、接口和閥體結(jié)構(gòu)的對(duì)比，發(fā)現(xiàn)如果在二位五通閥的閥體上增加一路管路將T1和T2口連通，并將T1口下部截止后，完全可以實(shí)現(xiàn)二位四通閥的作用，如圖3（c）。

4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

因現(xiàn)場(chǎng)安全門按兩側(cè)布置，每個(gè)罐籠進(jìn)出人側(cè)，各安裝一個(gè)安全門。安全門氣缸管路采用并聯(lián)連接，通過(guò)三通將管路分接到兩側(cè)氣缸。改造后的兩位四通閥可直接安裝在氣控管路的進(jìn)、回氣管路上。為了保證現(xiàn)場(chǎng)的安全使用，將氣控閥安裝在操作箱內(nèi)，并在手柄上安裝好閉鎖銷，閥件的另一側(cè)安裝閉鎖機(jī)構(gòu)，防止人員誤操作。氣控閥安裝完成后，調(diào)整好閥芯位置，使氣缸處于正常工作位置。恢復(fù)閉鎖機(jī)構(gòu)和閉鎖銷子。一旦氣控系統(tǒng)電磁閥電源中斷后，井口把鉤工可迅速拆下閉鎖銷子，打開閉鎖機(jī)構(gòu)，通過(guò)推拉手柄，操作換向閥實(shí)現(xiàn)，改變氣路的目的，實(shí)現(xiàn)應(yīng)急開關(guān)安全門，恢復(fù)提升系統(tǒng)運(yùn)行。在現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際使用過(guò)程中，應(yīng)急操作閥操作簡(jiǎn)單、動(dòng)作可靠，完全實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)要求。

5 結(jié)語(yǔ)

井口安全門應(yīng)急操作閥及成套裝置，包括二位五通雙電控?fù)Q向閥、二位五通換向閥和氣缸，三者依次連通，在二位五通換向閥和氣缸之間設(shè)置能夠改變氣壓方向的換向閥，換向閥的一側(cè)設(shè)置有用于控制氣流變換的操作把手，使井口把鉤工能夠手動(dòng)換向閥。當(dāng)二位五通控制閥正常工作時(shí)，通過(guò)改變二位五通雙電控?fù)Q向閥的不同氣路以達(dá)到控制二位五通換向閥的目的，二位五通換向閥與氣缸直接連接，可控制氣缸的運(yùn)動(dòng)方向，實(shí)現(xiàn)控制安全門的打開與關(guān)閉。而當(dāng)電源斷電時(shí)，二位五通雙電控?fù)Q向閥無(wú)法換向，進(jìn)而導(dǎo)致二位五通換向閥和氣缸無(wú)法工作，二位五通換向閥中的氣流無(wú)法換向，氣缸無(wú)法改變氣壓方向，安全門無(wú)法正常移動(dòng)。此時(shí)可通過(guò)手動(dòng)控制換向閥來(lái)改變氣流的方向，換向閥的作用在于使原本流通的氣流交叉換向，也即原本進(jìn)氣的管路變?yōu)槌鰵夤苈罚境鰵獾墓苈纷優(yōu)檫M(jìn)氣管路，因此氣缸的氣壓方向改變，實(shí)現(xiàn)了控制安全門改變開關(guān)狀態(tài)的目的，在斷電的情況下也能實(shí)現(xiàn)開合。科學(xué)合理地對(duì)閥芯、閥體進(jìn)行改造，使二位五通閥具備二位四通閥功能。巧妙設(shè)計(jì)手動(dòng)操作機(jī)構(gòu)和安全閉鎖機(jī)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)安全門電磁閥斷電情況下氣路的自由換向，不受安全門初始位置影響；不操作時(shí)，對(duì)原氣控系統(tǒng)無(wú)影響。利用原氣控系統(tǒng)換向閥進(jìn)行改造，不需要購(gòu)置新閥件及其他設(shè)備，節(jié)省了資金投入。巧妙利用換向閥的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，使之能夠達(dá)到預(yù)計(jì)要求。該安全門應(yīng)急操作閥的使用杜絕了因電磁閥斷電可能帶來(lái)的不安全因素以及人身事故，為立井人員安全提升提供了安全保障，確保了礦井提升系統(tǒng)的安全運(yùn)行，也為自動(dòng)化程度不斷提高的立井提升系統(tǒng)提供了一道簡(jiǎn)單但可靠的安全保障。

參考文獻(xiàn)

[1] 丁樹模.液壓傳動(dòng)（第二版）[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1997.

作者簡(jiǎn)介：高云龍（1983-），男，遼寧撫順人，兗州煤業(yè)股份有限公司鮑店煤礦工程師，研究方向：礦山機(jī)電。

（責(zé)任編輯：秦遜玉）