大柳塔煤礦新型自動化風門的應用

孫祺鈺

(神東煤炭集團大柳塔煤礦，陜西 神木 719315)

0 引言

大柳塔煤礦是國家能源集團神東煤炭公司下屬的一座特大型現代化礦井，由大柳塔井和活雞兔井組成。地處陜西省神木市境內大柳塔鎮南端的烏蘭木倫河畔，行政區劃隸屬神木市大柳塔鎮管轄。

大柳塔井田東西長10.5～13.9 km，南北寬9.1～10.5 km，面積126.8 km2，核定生產能力1 800萬t/a?；铍u兔井田東西長1.8～10.8 km，南北寬4.2～9.6 km，面積約為63.8 km2，核定生產能力1 500萬t/a。

大柳塔煤礦采用無盤區、多通道、條帶式開拓方式，無軌膠輪車輔助運輸，因此，在回風順槽口處需要安裝行車風門，保證運輸設備(車輛)安全、快速通過，目前大柳塔煤礦兩井井下在用行車風門有28處。

1 礦井風門設置原因及要求

回風井之間和主要進、回風巷之間的每條聯絡巷中，必須砌筑永久性風墻，需要使用的聯絡巷，必須安設二道聯鎖的正向風門和二道反向風門[1-3]。

風門不允許風流通過，但是需要行人或行車的巷道內，必須設置風門。風門要求封閉嚴密，不漏風，保證礦井通風系統穩定、可靠，滿足礦井安全生產需要。風門保證開關自如，保證人員及車輛安全通過。

大柳塔煤礦綜采工作面安裝、回采期間必須從回風順槽、運輸順槽內進入車輛搬運設備，因此，在工作面巷道布置時，2條順槽均與輔運大巷相連通，這樣綜采工作面形成后，必須在回風順槽與輔運大巷貫通處安裝行車及行人風門(圖1)。傳統形成風門為木質制作，人工開啟，一方面木質風門在井下潮濕的環境中容易發生變形，易造成風門漏風，另一方面人工開啟風門時過往車輛較多，存在較大安全隱患。

圖1 綜采工作面巷道布置圖

2 礦井風門分類及自動風門組成

按照類別分類可分為手動風門和自動風門；按照開啟動力分類可分為電動風門、氣動風門[4]；按照開啟順序分類可分為平衡風門、對開風門、推拉風門；按照開啟方式分類可分為同一方向開啟，前后方向開啟。

其中，新型自動風門每組由四扇風門門體組成，每兩扇風門門體組成一道風門，每扇風門門體大小相等，四周為風門門框，門框鑲嵌在磚墻內，保證風門開關期間穩定。

自動風門由風門門體、門框、動力源及控制系統3部分組成，動力源分為電力驅動和利用壓風管路風壓驅動[5]。目前，大柳塔煤礦多數風門為利用壓風管路驅動，因此氣動風門使用較多?？刂葡到y均設置有電控氣動、氣動、手動3種開啟方式，在自動控制出現故障的情況下，均可采用人工操作控制箱，開關風門，保證過往車輛和行人安全通過。氣動風門還安裝有蓄電池，在動力電源停電檢修的情況下，可利用蓄電池對控制系統供電，實現自動風門全天候正常開關。同時自動風門還安裝有語音報警系統，在車輛進入時，語音報警電話提醒駕駛員注意事項。

3 不同風門運行方式

3.1 氣動風門運行操作方式說明

氣動風門運行方式分為電控氣動、氣動、手動，閉鎖方式分為電控、氣控、機械。圖2為氣動風門安裝圖，自動時，當行人或行車時，A、B等2組平衡風門均關閉；顯示裝置顯示萬年歷，行人或行車使用燈光照射開門申請開關(4 s內3次)，風門開啟后微波傳感器探測風門周邊物體，同時B平衡風門氣動“閉鎖”，風門申請開關及氣控按鈕無效；待行車通過并檢測周圍無物體活動時，A風門延時10 s自動關閉，B平衡風門自動解鎖，恢復“通行”，方可申請開門通過。氣動時，手動氣動按鈕操作風門啟閉，確定風門關閉后方可離開。

圖2 氣動風門安裝圖

手動時，先確認平衡風門目前工作狀態，行人遵循右側通行，左手拉，右手推方式打開平衡風門，通過兩道平衡風門后，確認是否關閉。

3.2 電動平衡風門運行操作方式

風門本體結構為四連桿力系平衡系統，它將作用于風門的風力轉變為一種系統內力。開關門時，作用在兩扇風門上的風力相互平衡，在平衡桿上形成一對大小相等、方向相反的等值力矩，變傳統的單向開啟為異向開啟。為使風門能實現自動關閉，在連桿側設置配重裝置。當重錘產生的力矩大于或等于系統的摩擦力矩時，就可實現自動關閉[6-7]。

風門可實現自動控制，手動按鈕開閉及人工開閉。每道門在其中的一扇門體上裝有人行便門，以便單人行走通過。風門開啟驅動是由電液推桿產生的拉力來實現。風門關閉時，電液推桿電機反向運動，風門靠配重產生的動力來關閉。

每道風門設為兩道門，每道風門采用平衡對開式，由電液推桿牽引風門門體。門體的開閉采用行程開關檢測，兩道風門相互閉鎖。

3.3 電動推拉風門運行操作方式

每套風門設為兩道門，每道風門采用水平推拉式開閉，由電動機經減速器帶動摩擦輪驅動鋼絲繩牽引風門門體。門體的開閉狀態采用行程開關檢測，每道風門互相閉鎖。風門可實現自動控制開閉，手動按鈕開閉及人工開閉。

自動控制系統由PLC可編程控制器，各種傳感器，檢測裝置等組成。風門的開啟操作申請信號來自光敏傳感裝置，每道門設有兩道光敏傳感裝置(安裝于門體表面)，一套供頭燈照射申請開門，另一套供車燈脈沖照射申請開門。采用脈沖照射是為了避免其他非開門光源而造成系統誤動作。除此之外，還設置了手動開門按鈕，也同樣可以申請開門。這幾種互為或的關系，通過PLC編程控制器實現。自動狀態下，風門關閉靠PLC定時(據現場實際情況設定)控制，即風門開啟后延時一段時間自動關閉。兩道風門相互閉鎖，也就是說同一時刻只允許一道風門處于打開狀態，而另一道風門無論是否有開門申請信號都處于關閉狀態。風門的開閉狀態采用接近開關檢測，信號傳輸給PLC可編程控制器。

4 新型自動風門優缺點

推拉平衡風門安裝前需要開挖硐室，開挖硐室量比較大，人工開挖硐室工作量比較大，人工開挖4個硐室，開挖時間較長，大約需要30 d。設備配件及控制系統比較多，比較笨重，同時風門門體重，安裝工序復雜，安裝需要時間長，大約需要7 d。

推拉平衡風門門體由雙層3 mm厚鋼板加槽鋼框架制作，整體結構全部為鋼材機構，能承受較大壓差，風門承受壓差為15 993.6 Pa(即120 mmHg)，過往車輛輕微碰撞風門門體，不會影響風門正常運轉，適用于巷道服務年限超過10年的區域。

氣動風門安裝簡單，安裝前不需要開挖硐室，風門門體由400 mm竹膠板制作，風門全部結構為木質結構，安裝時不需要開挖硐室，控制系統簡單、輕便，方便搬運，安裝需要時間短，整體安裝大約需要3天時間，安裝、拆卸比較方面。

氣動風門因為是木質結構制作，過往車輛一旦剮蹭風門門體或者門框，風門將會徹底無法正常運轉，需要重新更換風門門體或門框，該類型風門適用于服務時間短的巷道，一般服務年限不超過一年的巷道，壓差小的巷道口處。

5 結語

目前，大柳塔煤礦井下所有行車風門全部實現自動化改造，告別人工手動開關風門的傳統模式，實現了風門的無人值守。通過技術人員長期研究，針對不同區域研制出切合實際的自動風門，在風壓差大于60 Pa的巷道內安裝電動推拉風門，在風壓差小于60 Pa的巷道內安裝氣動平衡風門。這樣一方面保證輔助運輸車輛人員安全，同時可以降低照看行車風門人工費用。目前，大柳塔煤礦全年降低人工開啟風門費用約200萬元，隨著礦井水平延伸，開始向深部開采，系統會更加復雜，巷道內安裝的自動風門將會增加許多，自動風門的作用效果就會更加明顯。