立風(fēng)井防爆蓋快速啟閉在主通風(fēng)機自動化系統(tǒng)中的研究與應(yīng)用

彭敏

摘 要 礦井自動化是確保礦井安全生產(chǎn)，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要過程，但是在主通風(fēng)機實現(xiàn)一鍵倒機、反風(fēng)等自動化現(xiàn)場操作時往往會遇到許多問題，通過對一種防爆蓋自動反風(fēng)裝置的研究與應(yīng)用，分析主通風(fēng)機反風(fēng)自動化操作時存在的問題，并進行解決，提升礦井主通風(fēng)機發(fā)生的反風(fēng)操作事故時應(yīng)急處置的能力，提高礦井自動化水平。

關(guān)鍵詞 主通風(fēng)機;防爆蓋;反風(fēng)操作;自動化

引言

礦山企業(yè)進行自動化建設(shè)，實現(xiàn)智慧能化是解決目前礦井經(jīng)營發(fā)展困難，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的主要方向。主通風(fēng)機作為礦井重要的通風(fēng)設(shè)備，實現(xiàn)自動化運行、倒機、調(diào)速等操作可以提高主通風(fēng)機的自動化水平，縮短應(yīng)急響應(yīng)時間，降低事故率。但由于礦井主通風(fēng)機進行反風(fēng)操作時，使用頻次低、防爆蓋遠(yuǎn)離操作臺等原因，并沒有實現(xiàn)真正將反風(fēng)與主通風(fēng)機的一鍵操作關(guān)聯(lián)在一起，一旦反風(fēng)操作失誤，容易發(fā)生人員傷亡事故。因此，需要通過對一種防爆蓋自動反風(fēng)裝置應(yīng)用及設(shè)計使用情況進行研究，分析使用中存在的問題，并進行改進，提高主通風(fēng)機的自動化水平。

1現(xiàn)狀分析

躍進煤礦使用主通風(fēng)機為抽出式對旋軸流風(fēng)機，型號：FBCDZ-10-No.32。設(shè)計有立風(fēng)井井筒，防爆蓋型號：MFBL-5.0/450。

該主通風(fēng)機通過自動化建設(shè)，可以實現(xiàn)對主通風(fēng)機的電壓、電流、軸承溫度、風(fēng)速等數(shù)據(jù)實時監(jiān)控，并已經(jīng)實現(xiàn)了“一鍵式啟動”、“故障風(fēng)機自動化切換”等功能;可以實現(xiàn)通風(fēng)機的遠(yuǎn)程操作和監(jiān)測，并能通過以太網(wǎng)將通風(fēng)機運行情況發(fā)布給調(diào)度、機電、通風(fēng)等職能部門以利決策。

2主通風(fēng)機反風(fēng)自動化的研究

主通風(fēng)機在礦井中的主要作用是保證井下新鮮風(fēng)流和井下職工的身體安全，確保安全生產(chǎn)。因此，必須確保主通風(fēng)機始終連續(xù)運轉(zhuǎn)，并且能夠?qū)崿F(xiàn)快速倒機、快速反風(fēng)的要求。躍進煤礦的主通風(fēng)機自動化系統(tǒng)中沒有實現(xiàn)反風(fēng)自動化。

2.1 對防爆蓋起落狀態(tài)進行監(jiān)控

主通風(fēng)機司機在值班室內(nèi)操作，距離井口防爆蓋較遠(yuǎn)，在出現(xiàn)防爆蓋打開時，值班司機不能及時發(fā)現(xiàn)，容易造成事故的發(fā)生和擴大。

研究設(shè)計：在防爆蓋的周圍增加一套視頻監(jiān)控，實現(xiàn)實時狀態(tài)監(jiān)測，并將該信號傳輸至操作室;然后在防爆蓋的四周加裝兩組GFK30型風(fēng)門開閉狀態(tài)傳感器連接防爆型的聲光語音報警裝置，將動作報警情況傳達(dá)到操作室，從而提醒值班司機，使其及時判斷處理異常情況。

2.2 反風(fēng)期間立井防爆蓋防開啟自動壓緊裝置

主通風(fēng)機進行反風(fēng)操作期間，防爆蓋采用壓板通過螺栓固定壓緊，操作方法比較復(fù)雜，反風(fēng)時需要多人同時操作并且操作用時較長。

研究設(shè)計：通過遠(yuǎn)程控制，采用氣缸推動壓桿做往復(fù)壓緊（打開）動作，運用雙鉸鏈的工作特性來閉鎖裝置曲線運動，并實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制防爆蓋反風(fēng)防開啟自動壓緊裝置的開合目的，提高防爆蓋鎖緊效率，實現(xiàn)自動化控制和遠(yuǎn)程一鍵操作。

鎖緊裝置實施步驟：

（1）壓桿11由氣缸3推動可沿銷子10做前后擺動，在氣缸3縮回時，同步帶動壓桿11向回擺動，壓桿11的鎖緊裝置分離開，壓桿不壓防爆蓋，實現(xiàn)礦井正常通風(fēng)。

（2）在礦井需要反風(fēng)操作時，氣缸3升出，同步帶動壓桿11向前擺動，壓桿11的鎖緊裝置利用斜塊角度合攏閉合，壓桿壓住防爆蓋防止反風(fēng)時防爆蓋開起，實現(xiàn)礦井反風(fēng)操作。

（3）4個反風(fēng)防開啟鎖緊裝置的4個氣缸通風(fēng)空壓機提供氣源統(tǒng)一控制，由主通風(fēng)機司機實現(xiàn)自動遠(yuǎn)距離操作。

3主通風(fēng)機自動反風(fēng)存在的問題及解決方案

提高礦井主通風(fēng)機的自動化水平，實現(xiàn)對主通風(fēng)機防爆蓋起落狀態(tài)監(jiān)測并安裝防爆蓋反風(fēng)防開啟自動鎖緊裝置，可以提高系統(tǒng)安全可靠性，但是在使用過程中仍然存在一些問題需在改進并進行優(yōu)化，以確保最大限度地降低主通風(fēng)機事故率的發(fā)生，實現(xiàn)礦井安全生產(chǎn)。

3.1 立井防爆蓋升降時錯位問題

防爆蓋與井筒結(jié)合面一般凹槽搭接，周邊有橡膠條，并采用液體密封。立井防爆蓋在起落過程中，由于重錘架與起吊位置偏斜、重錘配重不平衡安裝變形、井下風(fēng)壓不平衡等原因，防爆蓋在起落過程中會出現(xiàn)上下扭斜和左右方向的位移，在下落時防爆蓋不能順利落入井筒的油槽內(nèi)，從而造成防爆蓋卡在井筒鎖口油槽內(nèi)壁上，無法正常下落到位堵嚴(yán)和密閉井筒，容易造成井下風(fēng)量減少或停風(fēng)，引發(fā)事故。

解決方案：設(shè)計加裝防爆蓋起落定位、防錯位裝置，在防爆蓋均等的四個方向，加裝四套滑道裝置，限制運行方向不發(fā)生偏移，保證防爆蓋運行時不發(fā)生扭斜和錯位。加裝定位滑套穿過圓鋼，由鋼板焊接固定在防爆蓋上，在運行時定位滑套限制防爆蓋的扭斜和偏移，從而確保防爆蓋順利的開閉。

3.2 防爆蓋重錘裝置下落緩沖問題

立風(fēng)井防爆蓋主要通過井筒上方儲油槽進行封密連接，防爆蓋 在升起和下落過程中，由于受井下風(fēng)力作用影響防爆蓋的升降速度快，力量較大，升降過程不平穩(wěn)。重錘裝置在防爆蓋起落的突然沖擊力作用下，鋼絲繩極易從滑輪中滑出，一旦鋼絲繩掉槽滑出滑輪，在鋼絲繩已經(jīng)受力的情況下復(fù)位比較困難，會浪費大量礦井恢復(fù)正常通風(fēng)的時間，可能造成出現(xiàn)通風(fēng)事故。

解決方案：加裝重錘緩沖阻尼裝置

（1）根據(jù)新風(fēng)井防爆蓋重錘墜坨片的外形尺寸（Φ450mm），設(shè)計采用Φ460mm×1500mm長的圓桶（使用Φ460mm舊管子制作），設(shè)計活動行程1300mm（實測活動行程1000mm）。利用重錘起落時對圓筒內(nèi)空氣壓縮與張拉（空氣通過重錘與圓通間隙處流出、流入），延緩重錘起落速度。

（2）在圓桶正下方安裝扇形可調(diào)開口，達(dá)到調(diào)整重錘下落速度的目的。

（3）在4個圓桶底部安裝固定支腿。

原理：在防爆蓋上升時產(chǎn)生壓力Q，通過鋼絲繩在重錘的自身重量拉力下產(chǎn)生下降力F。

F在空氣中下落時阻力為： [1]

式中： C—空氣阻力系數(shù)

ρ—空氣密度

S—垂直風(fēng)速的面積

V—相對空氣運動速度

通過分析得出：為緩沖重錘下落時的速度V，在空氣密度ρ 、面積S不變的情況下，需降低空氣阻力系數(shù)C 。

根據(jù)：空氣阻力? F阻=p氣gV 排[2]

得出結(jié)論：重錘下落時的速度與排開氣體的體積有關(guān)。因此，加工圓筒通過減少重錘下落時空氣外排的速度，降低重錘下落速度，同時在底部制作調(diào)氣窗口，實現(xiàn)調(diào)速控制功能。

4防爆蓋快速啟閉在主通風(fēng)機反風(fēng)自動化中的應(yīng)用結(jié)果與分析

將主通風(fēng)機防爆蓋快速啟閉應(yīng)用到主通風(fēng)機的自動化運行中是礦井提升自動化水平的必經(jīng)過程，可以確保礦井快速、可靠反風(fēng)，達(dá)到迅速控制災(zāi)情，實施自救互救的目的。滿足《煤礦安全規(guī)程》中反風(fēng)期間10 min內(nèi)改變巷道中的風(fēng)流方向要求，現(xiàn)場設(shè)計使用的反風(fēng)期間立井防爆蓋防開啟自動壓緊裝置，能達(dá)到要求的效果。

5結(jié)束語

在煤礦企業(yè)自動化建設(shè)的發(fā)展過程中，每一個薄弱環(huán)節(jié)都可能影響到礦井安全生產(chǎn)。通過對躍進煤礦主通風(fēng)機在自動化發(fā)展中可能存在的影響安全生產(chǎn)的問題進行優(yōu)化、解決，將防爆蓋的反風(fēng)操作過程接入到主通風(fēng)機系統(tǒng)中去，提升了主通風(fēng)機的自動化水平，有利于礦井安全、持續(xù)、高效發(fā)展。

參考文獻

[1] 陳皓，朱世峰.錐體下落過程的空氣阻力[J].自然科學(xué)報，2011，35 （3）：265-268.

[2] 沈澤洋. 探究影響浮力大小的因素[J].農(nóng)村青少年科學(xué)探究， 2012，（10）：31.