礦用聯(lián)鎖激光控制氣動(dòng)風(fēng)門(mén)設(shè)計(jì)應(yīng)用

張 超

（大同煤礦集團(tuán)雁崖煤業(yè)公司，山西 大同 037003）

1 概述

大同煤礦集團(tuán)雁崖煤業(yè)公司2311運(yùn)料繞道位于井田三盤(pán)區(qū)西翼，巷道長(zhǎng)度為105 m，巷道凈斷面規(guī)格為寬×高=4.5 m×3.1 m，斷面積為13.9 m2。

為了控制8311工作面回采期間風(fēng)量及風(fēng)流方向，工作面回采前期在2311運(yùn)料繞道平巷段安裝了兩道木質(zhì)風(fēng)門(mén)，采用人工開(kāi)啟方式，使用過(guò)程中存在以下幾方面的問(wèn)題：①自動(dòng)化水平低。每班需安排專(zhuān)人進(jìn)行開(kāi)啟風(fēng)門(mén)，運(yùn)輸高峰期人工開(kāi)啟風(fēng)門(mén)勞動(dòng)強(qiáng)度，勞動(dòng)成本費(fèi)用高。②木風(fēng)門(mén)易損壞。由于風(fēng)門(mén)安裝處位于低洼地帶，常年積水量較大，風(fēng)門(mén)長(zhǎng)期在積水中浸泡，易腐蝕損壞，維修費(fèi)用高，且出現(xiàn)漏風(fēng)現(xiàn)象，造成工作面通風(fēng)紊亂；③運(yùn)輸安全性差。三盤(pán)區(qū)采用無(wú)軌膠輪車(chē)運(yùn)輸方式，由于兩道風(fēng)門(mén)以外為斜坡段，運(yùn)輸車(chē)通過(guò)風(fēng)門(mén)前出現(xiàn)剎車(chē)系統(tǒng)損壞或風(fēng)門(mén)開(kāi)啟不及時(shí)，很容易發(fā)生碰撞事故。

針對(duì)以上問(wèn)題，通過(guò)技術(shù)研究決定對(duì)2311運(yùn)料繞道處風(fēng)門(mén)進(jìn)行優(yōu)化，設(shè)計(jì)了一套自動(dòng)控制風(fēng)門(mén)，并于2019年2月安裝應(yīng)用。風(fēng)門(mén)安裝使用前經(jīng)過(guò)了大同煤礦集團(tuán)公司質(zhì)檢部門(mén)及安全部門(mén)驗(yàn)收，并進(jìn)行了風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)。

2 自動(dòng)控制風(fēng)門(mén)結(jié)構(gòu)及工作原理

2.1 結(jié)構(gòu)組成

（1）礦用聯(lián)鎖激光控制氣動(dòng)風(fēng)門(mén)主要由風(fēng)門(mén)、電控靜壓風(fēng)閥、遠(yuǎn)程激光控制系統(tǒng)、聯(lián)鎖開(kāi)關(guān)、PLC控制器、臨時(shí)排水系統(tǒng)等部分組成，如圖1所示。電氣部件及其他配件全部符合煤礦用防爆產(chǎn)品或本質(zhì)安全型產(chǎn)品。

（2）風(fēng)門(mén)共計(jì)兩道，風(fēng)門(mén)安裝間距為45 m，風(fēng)門(mén)主要由門(mén)體、風(fēng)壓伸縮壁、調(diào)節(jié)風(fēng)窗等部分組成，門(mén)體采用的是弧形金屬雙開(kāi)門(mén)體，在門(mén)體一側(cè)安裝兩個(gè)風(fēng)壓伸縮臂，伸縮臂主要利用風(fēng)壓實(shí)現(xiàn)門(mén)體開(kāi)關(guān)動(dòng)作，在另一側(cè)門(mén)體設(shè)置人行通道。

（3）遠(yuǎn)程激光控制系統(tǒng)主要包括低頻紅外線(xiàn)發(fā)射器、接收器、光信號(hào)處理器等部分組成，安裝在距風(fēng)門(mén)10 m處，當(dāng)人員或車(chē)輛通過(guò)時(shí)，連續(xù)紅外線(xiàn)被遮擋，并將信號(hào)傳遞至PLC控制器，從而控制風(fēng)門(mén)開(kāi)關(guān)動(dòng)作。

（4）PLC控制器分別與遠(yuǎn)程激光控制系統(tǒng)中光信號(hào)處理器、電控靜壓風(fēng)閥、聯(lián)鎖開(kāi)關(guān)等裝置連接，該裝置主要用于信號(hào)接收、處理并發(fā)出指令，進(jìn)行相應(yīng)保護(hù)動(dòng)作。

（5）臨時(shí)排水系統(tǒng)包括臨時(shí)水倉(cāng)、水泵、水位探測(cè)儀、控制開(kāi)關(guān)、排水管路等部分。在距風(fēng)門(mén)前3.0 m底板處施工2個(gè)容量各為6 m3的臨時(shí)水倉(cāng)，水倉(cāng)上方安裝金屬鋼板。

圖1 自動(dòng)控制風(fēng)門(mén)結(jié)構(gòu)

2.2 工作原理

（1）車(chē)輛進(jìn)入運(yùn)料繞道后，在通過(guò)1#遠(yuǎn)程激光控制系統(tǒng)時(shí)，接收器無(wú)法接受激光器發(fā)射的連續(xù)紅外線(xiàn)，當(dāng)遮擋時(shí)間大于2 s時(shí)，光信號(hào)處理器及時(shí)將光信號(hào)，以及影響采集儀成像信號(hào)同時(shí)傳遞至PLC。

（2）PLC控制器接受信號(hào)后，及時(shí)進(jìn)行信號(hào)處理，并發(fā)出“開(kāi)啟”指令至聯(lián)鎖開(kāi)關(guān)，聯(lián)鎖開(kāi)關(guān)對(duì)電控靜壓風(fēng)閥供電，閥門(mén)打開(kāi)并對(duì)風(fēng)壓伸縮臂供風(fēng)，伸縮臂在風(fēng)壓作用下拉伸并帶動(dòng)門(mén)體移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)風(fēng)門(mén)開(kāi)啟。

（3）當(dāng)車(chē)輛通過(guò)第一道風(fēng)門(mén)后，接收器再次接收到連續(xù)紅外線(xiàn)后，將信號(hào)傳遞至PLC控制器，控制器關(guān)閉電控靜壓風(fēng)閥，1#門(mén)體關(guān)閉，同時(shí)通過(guò)聯(lián)鎖作用，對(duì)2#門(mén)體電控靜壓風(fēng)閥供電，2#門(mén)體開(kāi)啟。

（4）當(dāng)車(chē)輛通過(guò)2#門(mén)體和2#遠(yuǎn)程激光控制系統(tǒng)后，2#激光控制系統(tǒng)將車(chē)輛通過(guò)信號(hào)傳遞至PLC控制器，控制器接受信號(hào)后及時(shí)進(jìn)行信號(hào)處理，并對(duì)聯(lián)鎖開(kāi)關(guān)再次下發(fā)“關(guān)閉”指令，2#門(mén)體電控靜壓閥斷電，2#門(mén)體關(guān)閉，此時(shí)一個(gè)控制流程完成。當(dāng)車(chē)輛返回時(shí)控制方式與進(jìn)入繞道時(shí)控制方式相同。

（5）當(dāng)臨時(shí)水倉(cāng)內(nèi)水位上升至一定高度且觸發(fā)水位探測(cè)儀后，探測(cè)儀將水位信號(hào)傳遞至PLC控制器，控制器對(duì)聯(lián)鎖開(kāi)關(guān)下發(fā)“開(kāi)啟”信號(hào)，聯(lián)鎖開(kāi)關(guān)及時(shí)對(duì)水泵開(kāi)關(guān)供電，水泵自動(dòng)排水。當(dāng)水位下降到設(shè)定值時(shí)，水位探測(cè)儀再次將信號(hào)傳遞至PLC控制器，通過(guò)聯(lián)鎖開(kāi)關(guān)斷開(kāi)水泵開(kāi)關(guān)電源，水泵停止排水。

2.3 優(yōu)點(diǎn)

（1）自動(dòng)化水平高。與傳統(tǒng)風(fēng)門(mén)相比，聯(lián)鎖氣動(dòng)控制風(fēng)門(mén)利用紅外感應(yīng)裝置以及PLC控制器聯(lián)鎖控制作用，實(shí)現(xiàn)了風(fēng)門(mén)自動(dòng)開(kāi)啟、關(guān)閉，實(shí)現(xiàn)了全天候無(wú)人值守，降低了勞動(dòng)成本費(fèi)用。

（2）提高了設(shè)備壽命。風(fēng)門(mén)采用的是金屬材質(zhì)，且建立了自動(dòng)臨時(shí)排放系統(tǒng)，避免了木質(zhì)風(fēng)門(mén)受積水侵泡腐蝕，導(dǎo)致風(fēng)門(mén)使用壽命降低、漏風(fēng)等現(xiàn)象，降低了設(shè)施維護(hù)費(fèi)用。

（3）降低了運(yùn)輸事故率。風(fēng)門(mén)靈敏度高，當(dāng)運(yùn)輸車(chē)輛通過(guò)遠(yuǎn)程激光控制系統(tǒng)后，在5 s內(nèi)風(fēng)門(mén)自動(dòng)打開(kāi)，從而避免因運(yùn)輸車(chē)輛剎車(chē)系統(tǒng)損壞或風(fēng)門(mén)開(kāi)啟不及時(shí)，發(fā)生撞車(chē)事故，有效保證巷道運(yùn)輸安全。

3 應(yīng)用效果

2311運(yùn)料繞道安裝的聯(lián)鎖激光控制氣動(dòng)風(fēng)門(mén)成本費(fèi)用為4.72萬(wàn)元。通過(guò)5個(gè)月應(yīng)用效果觀察，安裝該風(fēng)門(mén)后在使用期間未出現(xiàn)積水現(xiàn)象，提高了風(fēng)門(mén)使用周期，全年可節(jié)約維修費(fèi)用達(dá)21.00萬(wàn)元，降低勞動(dòng)成本費(fèi)用達(dá)19.00萬(wàn)元。同時(shí)，提高了自動(dòng)化水平，降低了運(yùn)輸事故率，保證了巷道通風(fēng)、運(yùn)輸安全，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)、安全效益。