基于激光感應全自動風門在斜巷中的應用

黃曉偉

（山西焦煤霍州煤電安全監管中心，山西 霍州 031400）

1 工程概況

山西焦煤霍州煤電集團汾源煤業位于山西省靜樂縣杜家村鎮，井田面積12.698 6 km2，保有資源儲量為20 265 萬t，設計可采儲量5873 萬t，設計生產能力120 萬t/a。汾源煤業采用斜井單水平開拓方式，主斜井采用帶式輸送機進行提升，輔助運輸方式采用無軌膠輪車，煤礦地面至井下各工作面設備材料均采用無軌膠輪車進行直達運輸。副斜井井筒為緩坡布置，凈寬4.5 m，凈斷面14.70 m2，井筒斜長L=2802 m，傾角α=10°，井口砌碹支護，其余為錨網噴支護。副斜井擔負礦井矸石、材料設備、人員運送任務等輔助提升任務，同時副斜井也兼作礦井的進風井和安全出口。

為有效控制副斜井風量大小、方向及漏風情況，保障輔助運輸車輛順利通行，在副斜井2439 m 處設置有兩道鐵質風門，鐵質風門距離為30 m。在鐵質風門處設置有風門啟閉崗，有專門的工人來開啟和關閉風門。從之前的情況來看，鐵質風門啟閉過程勞動強度大，自動化和智能化水平較低。當副斜井中的輔助運輸車輛需通行時，必須通知崗位員工進行操作。副斜井輔助運輸全部采用無軌膠輪車運輸，副斜井車輛通行流量大，崗位工作人員工作時間長，人工開啟導致其勞動強度大。由于副斜井坡度高達10°，嚴重影響到司機的行車安全。

2019 年11 月至2020 年10 月的統計數據表明，運輸車輛因失控發生6 起撞擊鐵質風門事故，撞擊事故造成15 位工人輕傷，同時車輛及風門設施的維修費用共90 多萬元，造成煤礦通風系統存在安全隱患。針對汾源煤業車輛在副斜井通風鐵質風門通行中存在的多種安全問題，設計一種新型基于全自動激光感應的風門[1-6]。該風門能有效實現風門啟閉的全自動化作業，風門啟閉過程的安全性和可靠性較高，設備的運行自動化和智能化程度高。

2 基于激光感應的全自動風門的設計

2.1 風門結構

設計的基于激光感應的全自動風門結構如圖1所示，包括1#單門體、2#單風門體、風門主體、機電硐室、操作硐室、聯鎖開關、液壓操縱桿、風門收縮硐室、人行通道風門、滑道、旋轉齒輪、激光傳感器、PLC 控制箱等結構和部件。

圖1 激光感應全自動風門結構示意圖

該基于激光感應的全自動風門設計中，每道風門主體均采用2 道單獨門體組成，單獨門體寬度設置為2.8 m，2 道單獨門體總寬可達5.6 m，2 道單獨門體之間能進行重疊及相互平移，保障車輛的安全通行。

設計的風門收縮硐室主要是風門開啟時容納風門，尺寸設計：寬×深×高=1.2 m×2.6 m×5.0 m。風門收縮硐室口位置安設有防夾人激光感應裝置，通過激光感應，確保當風門處有行人被風門夾住時，會自動開啟風門，保障行人通行安全。風門收縮硐室內部安設有風門驅動裝置及液壓操縱桿，是實現風門啟閉的動力，驅動裝置對液壓操縱桿進行推動及自動回位來實現對風門的啟閉動作。

激光感應器的激光發射器部件安裝在距風門外12 m 位置巷幫上，與巷道底板保持1.6 m 高度；接收器部件與系統PLC 控制箱連接，采用PLC 控制箱對信號進行集中分析和處理，按設置的方案針對性發布動作指令，保障風門的全自動啟閉。

在副斜井頂板、底板分別安設1 根長度5.6 m的滑道，錨桿固定，風門門體通過滑輪與滑道連接固定。該設計可以實現風門門體在滑道內自由運行。

2.2 風門工作原理分析

（1）當運輸車輛運行至距風門12 m 位置時，激光感應器采集信息，將車輛到達信息傳送給PLC控制箱。

（2）PLC 控制箱對接收到的車輛到達信息經過處理，發布風門“開啟”指令，動力驅動裝置動作，液壓操縱桿將風門門體拉入到風門收縮硐室，進而完成風門“開啟”。

（3）第一道風門開啟同時，PLC 控制箱+聯鎖開關對第二道風門進行閉鎖，從而保障通行安全。當車輛完全進入第一道風門后，激光感應器將車輛進入信息傳遞至PLC 控制箱+聯鎖開關，進而發布第一道風門“關閉”指令。此時風門驅動裝置斷電，風門自動復位，完成風門“關閉”。

（4）第一道風門關閉后，PLC 控制箱+聯鎖開關對第二道風門發布“開啟”指令，在對第二道風門進行開啟的過程同時對第一道風門進行閉鎖，保障車輛通行安全。

（5）當車輛駛出第二道風門后，PLC 控制箱+聯鎖開關對第二道風門驅動裝置斷電，風門在液壓作用下進行自動復位。

（6）風門在關閉過程當中，如發生車輛及行人在無指令情況下強行通過風門時，風門收縮硐室口設置的防夾人激光感應裝置將采集到的信息傳遞到PLC 控制系統，PLC 控制箱+聯鎖開關即對相應風門發布“開啟”指令，打開風門，讓車輛及行人安全通過，保障車輛不會與風門發生碰撞事故，有效地保障了煤礦井下活動的安全。

3 實踐應用及效果分析

2020 年10 月1 日至2020 年11 月30 日，汾源煤業技改科對該煤礦副斜井原鐵質風門完成了基于激光感應的全自動風門的安全改造項目，激光感應全自動風門安裝調試并于2020 年12 月投入到實踐應用當中。從2020 年12 月至今，副斜井安裝的基于激光感應全自動風門已正常運行1 年之久，基于激光感應全自動風門整體運行正常，能正常實現風門的全自動啟閉，車輛及行人能按要求通行風門，應用效果理想。

基于激光感應全自動風門在汾源煤業副斜井中的應用具有以下優點：風門啟閉自動化及智能化程度高；現場不需要工作人員輔助，可撤銷風門操作崗位，實現風門位置無人值守，減人降耗效果顯著；降低了工人的勞動強度；降低了車輛碰撞事故發生率。

基于激光感應全自動風門在汾源煤業副斜井中應用后，在風門位置無一起車輛與風門碰撞安全事故發生，車輛通行的安全性和可靠性較好。對比之前，基于激光感應全自動風門的改造應用可節約人力成本28 萬元/年，節約車輛及風門維修費用33萬元/年，每年可為企業創造經濟效益61 萬元，經濟效益顯著。