煤礦井下自動(dòng)風(fēng)門的設(shè)計(jì)與實(shí)踐

顏天偉

一、問(wèn)題

隨著國(guó)家法制建設(shè)的逐步完善，通風(fēng)與安全很大程度上制約著采礦業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展，對(duì)礦井通風(fēng)的安全性要求越來(lái)越高，井下通過(guò)設(shè)置風(fēng)門來(lái)控制風(fēng)流量達(dá)到預(yù)期的風(fēng)量分配是一種常用而經(jīng)濟(jì)有效的手段。然而，在煤礦生產(chǎn)實(shí)踐中，目前通常使用的都是手動(dòng)風(fēng)門，雖然也按照設(shè)計(jì)規(guī)范施工成使其正常情況下能夠依靠自重實(shí)現(xiàn)自動(dòng)關(guān)閉，但是由于管理上的某些原因和人為的某些原因，往往因行人或行車過(guò)后而沒(méi)有及時(shí)關(guān)上，甚至被車輛誤撞而損毀，通風(fēng)系統(tǒng)的可靠性程度沒(méi)有保障，嚴(yán)重影響井下通風(fēng)的安全性。那么要解決這個(gè)問(wèn)題，就必須尋找一種自動(dòng)風(fēng)門，解決這種生產(chǎn)與安全的矛盾，我公司選擇在天湖巖煤礦進(jìn)行了井下自動(dòng)風(fēng)門的研究設(shè)計(jì)與實(shí)踐。

二、思路

由于煤礦井下環(huán)境條件較為惡劣，如濕度較大75%以上、粉塵濃度較高等，根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)，為確保安裝的自動(dòng)風(fēng)門安全可靠，應(yīng)盡量不采用電動(dòng)及感應(yīng)電子器件，而宜采用機(jī)械撞桿式傳動(dòng)的風(fēng)門自動(dòng)開關(guān)?；疽笫墙Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝方便，經(jīng)濟(jì)實(shí)用。我公司本著邊設(shè)計(jì)邊實(shí)踐，成功后再推廣的思想，在傳統(tǒng)手動(dòng)風(fēng)門加工實(shí)踐的基礎(chǔ)上，參照自動(dòng)風(fēng)門設(shè)計(jì)的一般原理。

三、過(guò)程

自動(dòng)風(fēng)門設(shè)計(jì)與實(shí)踐項(xiàng)目于2003年3月在天湖巖礦正式啟動(dòng)，研制項(xiàng)目分行人巷自動(dòng)風(fēng)門的設(shè)計(jì)和運(yùn)輸巷自動(dòng)風(fēng)門的設(shè)計(jì)，其中運(yùn)輸巷自動(dòng)風(fēng)門設(shè)計(jì)在實(shí)踐中經(jīng)過(guò)三次較大的修改與完善，目前這兩個(gè)設(shè)計(jì)方案已較為成熟，2005年度安排了專項(xiàng)資金準(zhǔn)備進(jìn)入推廣使用階段。

四、 運(yùn)輸巷自動(dòng)風(fēng)門的傳動(dòng)原理與施工要求

1、傳動(dòng)原理(如下圖所示)

井下車輛寬度一般在1米左右，車輛經(jīng)過(guò)自動(dòng)風(fēng)門處，首先撞擊橫在巷道當(dāng)中的左右兩根受力桿，受力桿一端受力后就開始繞定軸轉(zhuǎn)動(dòng)，推動(dòng)傳動(dòng)桿往前平行推進(jìn)，由受力桿和傳動(dòng)桿組成的左右兩個(gè)長(zhǎng)方形同時(shí)開始作平行四邊形變形運(yùn)動(dòng)，傳動(dòng)桿在變形過(guò)程中把所受的徑向力橫向傳遞給靠在兩根傳動(dòng)桿上的前后四扇風(fēng)門，四扇門在傳動(dòng)桿的推動(dòng)下向兩側(cè)張開，完成自動(dòng)開門動(dòng)作。車輛過(guò)后，安裝在風(fēng)門上的前后兩條彈簧在彈力作用下，分別拉動(dòng)前后四扇風(fēng)門并帶動(dòng)傳動(dòng)桿完成自動(dòng)關(guān)門動(dòng)作。人員經(jīng)過(guò)時(shí)，用手或身體部位頂受力桿并直接拉門開啟風(fēng)門。

2、施工要點(diǎn)：(如上各圖所示：)

(1) 本設(shè)計(jì)圖所附尺寸為參考尺寸，施工時(shí)，可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況在不違背傳動(dòng)原理的基礎(chǔ)上進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，只要保證整個(gè)傳動(dòng)過(guò)程的動(dòng)作點(diǎn)都在同一平面內(nèi)就行，施工靈活性較大。

(2) 以本圖為例：在需設(shè)自動(dòng)風(fēng)門的地點(diǎn)，選擇巷道較直較寬敞的地段，在巷道兩側(cè)長(zhǎng)相距3.6米，寬相距2.4米建四個(gè)混泥土基座，每個(gè)基座當(dāng)中豎直砌一段鍍鋅管，作為定軸轉(zhuǎn)動(dòng)的外框，四個(gè)管頂連線呈長(zhǎng)方形，高度要根據(jù)來(lái)往車輛的情況，盡量選高些，以利于人工開啟。 加工“L”形受力桿，長(zhǎng)的一邊1.2米，未端與傳動(dòng)桿以單面轉(zhuǎn)軸相連，短的一頭插進(jìn)鍍鋅管內(nèi)。傳動(dòng)桿長(zhǎng)3.6米。風(fēng)門墻用鋼筋混泥土建造。門框頂部做成梭形，以確保四扇風(fēng)門呈梭形關(guān)閉時(shí)的嚴(yán)密性。四扇門的外沿均有一個(gè)關(guān)閉時(shí)容納傳動(dòng)桿管徑的小孔洞，孔洞口外側(cè)應(yīng)用舊風(fēng)筒布等軟材料沿邊作襯墊，以防小洞漏風(fēng)。相對(duì)的四扇風(fēng)門上側(cè)安裝兩條彈簧，選用的彈簧以滿足關(guān)閉的初始拉力要求為原則。

(3) 為了減少小孔洞與傳動(dòng)桿之間的摩擦力，應(yīng)對(duì)孔洞表面進(jìn)行專門的特殊處理。因此，應(yīng)在選用硬質(zhì)材料（本方案是選用質(zhì)地堅(jiān)硬的松木）的基礎(chǔ)上，確保其表面的平整與光滑，并在其表面定期涂抹黃油，這只是本方案的初步做法，還可以進(jìn)一步改進(jìn)，但應(yīng)以耐磨、光滑、方便為原則。

3、成果評(píng)價(jià)

本設(shè)計(jì)的自動(dòng)風(fēng)門傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與同類型的其它設(shè)計(jì)方案有明顯的優(yōu)勢(shì)：（1）、傳動(dòng)結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，加工容易；（2）、傳動(dòng)過(guò)程安全可靠，從力的整個(gè)傳遞過(guò)程分析，實(shí)現(xiàn)了受力桿上的作用力基本轉(zhuǎn)化為開門的動(dòng)力，因此開門施力小，也便于在一些既行人又行車的風(fēng)門實(shí)現(xiàn)通車與行人雙向便利；（3）、施工場(chǎng)地范圍小，施工容易，成本低（約800元）?？傊?，此項(xiàng)目經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐，有較好的推廣前景。

五、行人巷道自動(dòng)風(fēng)門的設(shè)計(jì)與實(shí)踐

行人巷道風(fēng)門門墻一般為上窄下寬形，門軸傾斜85度左右，當(dāng)人員經(jīng)過(guò)后，拉開的門扇會(huì)因自重的傾斜而關(guān)閉。但是，當(dāng)門扇開啟超過(guò)豎直線便無(wú)法靠自重關(guān)閉了。

解決辦法：在門扇靠近門軸處，與門軸垂直固定一段或兩段舊鋼絲繩，鋼絲繩一半在門扇上一半伸出在門框上，當(dāng)門扇開啟超過(guò)豎直線時(shí)，由開門而造成彎曲的鋼絲形成的彈力把門彈過(guò)豎直線再由門的自重重新關(guān)閉。如下圖所示。

本方案優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單但實(shí)用，基本不用另外投資，在控制成本核算的企業(yè)最樂(lè)于接受。