礦井主通風機防凍風門的設計與應用研究

張寅偉

（霍州煤電集團，山西 霍州 031400）

在山西、內蒙古等北方地區，采用抽出式通風方法的煤礦，其風門接口處在冬季容易結冰，導致風門無法正常啟閉，以往一般是采用電動機+人工輔助的辦法打開風門。從實際應用中可知，此方法存在著工作量大、勞動強度高、處理時間長等問題，無法保障通風系統主通風機在10 min 內完成切換，安全隱患較大，必須進行調整改進[1-6]。

1 工程概況

霍州煤電集團汾源煤業有限公司位于山西省靜樂縣城東北約30 km 處，井田地處晉西北黃土高原，屬大陸性氣候，四季分明，晝夜溫差大，年平均氣溫為6～7 ℃，1 月平均氣溫可低至-15 ℃，最低氣溫達-28 ℃。汾源煤業主要采用“分區抽出式”通風方式，二盤區回風立井安裝2 臺FBCZ-10-No32抽出式通風機。

2 通風系統風門及冬季結冰情況分析

汾源煤業二盤區回風立井2 臺主通風機輪換使用，在切換使用過程中，對開風門的作用非常關鍵，是保障各處通風系統正常運行的核心設施。通風系統的切換過程必須關聯到對開風門的啟閉，從汾源煤業二盤區回風立井通風系統現場來看，對開風門冬季結冰現象嚴重，嚴重影響通風系統主通風機的切換作業。

二盤區回風立井通風系統對開風門由于結冰從而導致以往傳動裝置無法動作，對開風門無法正常進行啟閉，一般都是采用人工操作進行啟閉風門。在風門結冰現場，人工采用撬棍對風門四周及頂部結冰位置進行敲打，再結合電動機工作緩慢打開風門。

盡管對于結冰風門可以采用現場人工輔助開啟風門的方案，但是操作時間過長，會導致通風系統主通風機的切換時間較長，在該段時間內會發現因風門開度不足而導致的井下通風系統供風不穩定，風機流量減小，會發生工作面瓦斯濃度超標的安全事故，必須對該風門結冰問題進行進一步調整處理。

3 防凍風門的設計

3.1 結構分析

針對汾源煤業二盤區回風立井現有對開風門的結構及現場已采用的防凍措施進行了分析，提出了一種新型的側開風門防凍解決方案。該防凍風門采用單出口結構加熱，防凍風門設計三維模型如圖1。

圖1 防凍風門結構設計三維模型圖

該防凍風門采用頂部懸掛，兩側面鋼絲繩傳動模式，在門板頂部設置3 組限位輪，在門板底部設置有2 組行走輪，風門前后兩側設置彈性密封膠條，設置有電動執行器提供風門啟閉動力。

新設計的防凍風門結構如圖2，主要由左右箱體、回風管道、鋼絲繩、定滑輪、限位輪、門板、行走輪、法蘭、加熱裝置、排水閥門、進風管道等部件組成。

圖2 防凍風門結構設計示意圖

該防凍風門裝置風筒直徑設計為Φ3600 mm，風門門板寬度設計為160 mm，左右箱體寬度設計為250 mm。風門左側與變徑風筒聯接，風門右側與主通風機風筒聯接。

3.2 工作原理

加熱裝置為風門提供熱空氣，熱空氣通過進風管道從風門底部輸入，同時在風門內部的循環通道進行全方位的流動，最后從風門頂部出風管道排出。基于風門內部熱空氣流動，因此可在風門內部保持較高溫度，有效解決了因風門外部溫度低而導致的結冰問題，保障風門在通風系統主通風機進行切換時能正常完成啟閉動作。同時對于輸氣管道，在其管道外部設計有保溫層，管道接口處設置有閘閥，可通過閘閥控制熱空氣的流向，輸氣管道的進出口直徑均為150 mm。

4 工業性試驗

4.1 防凍側開風門的安裝

將設計的新型防凍側開風門在汾源煤業二盤區回風立井中進行了安裝調試，在不拆除原有對開風門的基礎上，將新型防凍側開風門安裝在靠近水泥風道的風筒處，該接入方法操作簡單，施工量小，成本低，密封效果好。安裝示意圖如圖3。

圖3 新型防凍側開風門安裝示意圖

試驗檢測到設備鋼絲繩的平均線速度為125.6 mm/s，現場檢測到防凍側開風門的密封性能理想，風門漏風率小于4%，風門各滑輪運轉良好，通過鋼絲繩能帶動風門正常啟閉。

4.2 應用及效果分析

由圖3 可知，當通風系統1#和2#主通風機需要進行切換時，相應的1#對開風門和2#對開風門需要進行動作，但是因為冬季結冰問題導致通風系統“一鍵倒機系統”無法使用，通風系統安全隱患較為嚴重。在該通風系統中增加了1#防凍側開風門和2#防凍側開風門后，對其進行現場測試。

在該主通風系統增設1#防凍側開風門和2#防凍側開風門后，進一步完善了該通風系統的功能。當側開風門或主通風機出現故障時，可關閉左側的對開風門隔絕風流，方便維修人員進入風道開展維修工作。從現場調查結果顯示，開啟的風門沒有結冰現象，但防凍側開風門處有一定的結冰現象。

在該主通風系統正常工作狀態下時，1#主通風機采用抽出式通風方法進行通風，2#主通風機關閉，2#對空風門和2#防凍風門均處在關閉狀態，對通風系統起到隔斷作業。當1#主通風機需要停機進行檢修時，就必須切換到2#主通風機進行工作。從現場情況來看，該通風系統在不停風狀態下能順利完成切換工作。2#主通風機工作，2#對空風門和2#防凍風門打開；同時1#主通風機停止工作，1#對空風門和1#防凍風門處在關閉狀態。在切換過程中，因1#防凍風門設置有加熱裝置，能有效地克服結冰問題，在一定時間內能順利打開，保障通風系統的安全。從整體應用情況來看，自從安裝了1#防凍側開風門和2#防凍側開風門后，通風系統能在10 min 之內不停風切換任務，符合煤礦通風相關安全規程。防凍側開風門的設計和應用有效地解決了汾源煤業冬季主通風系統風門因結冰導致的“一鍵倒機系統”無法使用的問題，為企業創造了較好的安全經濟效益。