礦用擺動折疊式安全門的研究與應用

摘要：煤礦井口安全門是為了防止人員、礦車誤進入危險區域，從而保證安全生產而設置的重要的安全設施。目前八礦副井井口采用折疊式安全門、鏈條拉動滑移式安全門及我國煤礦常用的罐籠頂開門、鋼絲繩牽引式安全門、電動安全門等均存在不同程度的缺點。文章以煤礦提升系統安全為基準，對擺動折疊式安全門的研究與應用進行了探討。

關鍵詞：礦用擺動折疊式安全門；煤礦井口；安全設施；煤礦生產建設；副井提升 文獻標識碼：A

中圖分類號：TD544 文章編號：1009-2374（2017）06-0209-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.06.104

1 概述

在煤礦生產建設中，副井提升是礦井人員上下、物料、設備運輸的咽喉要道，而井口安全門的保護作用又是提升系統的重中之重。每年因井口安全門使用不當或保護不全，閉鎖不可靠，造成井口墜物，掉落礦車，甚至有墜落人員惡性事故發生，給煤礦安全生產帶來嚴重影響。擺動折疊式安全門具有動作靈活、開閉速度快、便于大/長物料或設備入罐、運行可靠、運動學優化、結構緊湊等特點，既滿足八礦副井井口空間條件，又具有良好的經濟技術性能，可從根本上解決目前我國立井安全門存在的不足，為副井提升的高效、安全、綠色運行提供保障。

2 研究內容與技術方案

2.1 技術經濟指標

（1）閉鎖功能：滿足《煤礦安全規程》要求，可實現與操車系統的可靠閉鎖；（2）良好的通過能力：有利于大/長物料或設備入罐下井；（3）開閉速度快：可在較大范圍內調節安全門的開閉速度，最快開閉時間可達2.5s，從而大大提高產能；（4）可靠性高：結構合理，動作可靠，故障率低，維護工作量小；（5）抗沖擊強度高：能夠防止跑車事故；（6）開閉終點位置精確；（7）操作方便，運行平穩，振動噪聲50分貝以下；（8）結構緊湊，占用空間小。

2.2 關鍵技術與創新點

該項目針對目前我國煤礦常用的立井安全門存在維護工作量大、噪聲大、開閉時間長、下放大/長物料時需拆除安全門耗時耗力、故障率高、突然開停時加速度大容易傷人、容易發生誤操作等難題，研究了擺動折疊式技術，在安全可靠性、減振降噪、減員增效方面取得了突破和技術創新。具體為：

2.2.1 主要科技創新之一：研究了擺動折疊式技術，增加了安全門的安全、可靠性。

新型安全門采用了平行四邊形機構（圖1）。安全門最下部橫梁為主動橫梁，由液壓缸驅動。主動橫梁的高度滿足搖臺開啟要求，且具有足夠的強度和剛度。其余橫梁為從動橫梁，且與主動橫梁平行。各橫梁之間采用多根相互平行的傾斜連桿連接。橫梁與連桿成為一個由多個平行四邊形構成的網狀整體結構。

安全門開啟時，液壓缸驅動主動橫梁向上擺動，主動橫梁帶動各從動橫梁和傾斜連桿一起向上擺動。安全門上擺過程中，縱向連桿始終保持初始傾角。當門完全開啟后，各橫梁處于垂直狀態且相互之間幾乎沒有間隙，緊密貼合。而縱向連桿之間也平行貼合在一起，從而使安全門在開啟狀態下具有最小的水平結構尺寸。這不僅有利于節省安全門的安裝和工作空間，防止安全門受到意外撞擊而損壞，而且有效地改善了橫梁開啟狀態下的受力狀態。

在安全門工作過程中，無論是開啟還是關閉狀態，本安全門都具有極高的安全可靠性。安全門完全開啟時（圖3）。此時縱向連桿為傾斜安裝狀態，傾角經計算確定。整個門扇的重力中心位于轉動支撐銷軸的左側（圖4），避免了安全門開啟狀態下停電時的自動下落關閉現象，提高了門的可靠性和安全性。

如果縱向連桿垂直布置，則門開啟后的狀態如圖3所示。當安全門開啟到位后，整個門扇的中心位于轉動支撐銷軸的右側。這時安全門的重心在支撐點的右側，安全門開啟狀態下停電時，會出現在自重的作用下有自動下落關閉的現象。

此外，安全門的液壓系統中采取了液壓閉鎖措施，可有效地避免安全門開、閉過程中停電事故引起的安全門失控現象。

2.2.2 主要科技創新之二：研究了液壓缸驅動控制技術，延長了安全門的使用壽命，減少了安全門的維護工作量。

在安全門液壓控制回路中裝設了雙作用液控單向閥和調速閥，能夠對安全門的開閉進行無級調速，從根本上消除了安全門開啟和關閉時的沖擊振動現象，提高了安全門運行的可靠性和安全性，延長了安全門的使用壽命，減少了安全門的維護工作量。

2.2.3 主要科技創新之三：研究了運動學優化技術，提高了開、閉靈活性，增強了運行穩定性，取得了減振降噪的效果。

該安全門采用具有穩定運動學特征的平行四邊形機構，且針對具體情況（罐籠結構、立井生產條件等），優選了安全門關鍵運動件的運動學特征參數，并確定了安全門的最優開閉運動軌跡，使安全門機構具有良好的開、閉靈活性，且運動阻力小、動作平穩。

為了減小安全門關閉時與位于副立桿內的門端承接底座之間的沖擊，從兩個方面采取了措施：（1）在承接底座上設置了彈簧緩沖裝置，以吸收二者相互接觸瞬間產生的輕微沖擊能量；（2）在液壓操作系統方面進行了完善，實現了安全門開、閉的無極調速，從而能夠根據實際情況在較大范圍內對安全門開、閉速度進行調節，為提升設備安全高效生產提供了保障。而且從根本上消除了安全門關閉時的沖擊振動、噪聲現象，保證了安全門動作可靠性，延長了安全門的使用壽命，減少了維護工作量，且顯著改善了井口工作人員的工作環境。

2.2.4 安全門運動學優化。該安全門采用具有穩定運動學特征的平行四邊形機構，且針對具體情況（罐籠結構、立井生產條件等），優選了安全門關鍵運動件的運動學特征參數，并確定了安全門的最優開閉運動軌跡，使安全門機構具有良好的開、閉靈活性，且運動阻力小、動作平穩。

2.2.5 安全門減振降噪。為了減小安全門關閉時與位于副立桿內的門端承接底座之間的沖擊，從兩個方面采取了措施：（1）在承接底座上設置了彈簧緩沖裝置，以吸收二者相互接觸瞬間產生的輕微沖擊能量；（2）在液壓操作系統方面進行了完善，實現了安全門開、閉的無極調速，從而能夠根據實際情況在較大范圍內對安全門開、閉速度進行調節，為提升設備安全高效生產提供了保障。而且從根本上消除了安全門關閉時的沖擊振動、噪聲現象，保證了安全門動作可靠性，延長了安全門的使用壽命，減少了維護工作量，且顯著改善了井口工作人員的工作環境。

2.2.6 安全門驅動方式。本安全門采用液壓缸驅動，主要基于如下原因：（1）液壓缸驅動控制準確，說停即停，而氣缸驅動存在爬行、脈動等問題，供氣開始時，由于開門阻力的作用，門并不動作，隨著繼續供氣，氣壓上升，推力增大，當達到開門阻力后，門才開始動作。當開門到位后，停止供氣，這時高壓氣體還會繼續作用氣缸工作一段距離，氣壓逐步下降，直到推力小于阻力時才停止工作，因此氣缸驅動存在滯后問題；（2）新安全門的橫梁采用60×40×5的矩形空心鋼制作，斜豎桿為40×5的鋼板制作，整個門扇的重量比較大，如果采用氣缸驅動，則氣缸的體積很大；（3）新安全門的液壓缸安裝在門柱的內部空腔內，其周圍的三面是10mm的鋼板擋護，只有安裝進出油口的一面是敞開的，且該面正對巷道壁，能徹底保護液壓缸不受到外部物體的碰撞；（4）液壓缸桿伸出方向向下。因為開門時需要的推力大，這時是液壓缸的無桿腔進油。關門時需要的力小，這時是有桿腔進油，實現了液壓缸的最小化，能有效地節省井口安全門處的安裝空間。另外，液壓缸向下安裝，活塞桿始終向下，可以防止外部淋水到達活塞腔入口，且淋水難以滯留在活塞桿上，減少淋水對活塞桿的侵蝕（為防淋水，設計中在門柱的上端面加有水平檔板，能有效防止淋水滴落到液壓缸上）。

3 結語

總而言之，在煤礦礦井提升運輸方面，擺動折疊式安全門的應用有著非常深遠的意義。它的應用可以使施工企業以最小化的生產成本為基點，獲取最大化的經濟利潤。同時，擺動折疊式安全門能夠避免安全事故的發生，提高設備自身的安全、穩定性能。它能夠很好地提高煤礦生產的經濟效益，提高煤炭資源的利用率。從長遠來說，擺動折疊式安全門具有很好的推廣價值。隨著擺動折疊式安全門應用范圍的不斷擴大，我國煤炭行業必將會擁有更好的發展前景，走上可持續發展道路，實現經濟效益、社會效益。

作者簡介：林國分（1981-），男，內蒙古通遼人，天安煤業股份有限公司八礦運輸二隊助理工程師，研究方向：煤礦機電管理。

（責任編輯：周 瓊）