井下新型圓弧拱形分體上翻式防水閘門的研究

溫欣穎，溫 毅

（煤炭工業(yè)太原設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030001）

井下新型圓弧拱形分體上翻式防水閘門的研究

溫欣穎，溫 毅

（煤炭工業(yè)太原設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030001）

介紹了圓弧拱形可分體式上翻式防水閘門的設(shè)計(jì)過(guò)程及圓弧拱形可分體式上翻式防水閘門的特點(diǎn)。

圓弧拱；上翻分體式防水閘門

隨著煤礦開(kāi)采深度的不斷增加，采空區(qū)積水和奧灰水帶壓開(kāi)采問(wèn)題日趨突出，給礦井的安全生產(chǎn)帶來(lái)極大的威脅。因此，在礦井井底車場(chǎng)附近的巷道中設(shè)置防水閘門硐室是目前礦井普遍采用的防治水設(shè)施之一。但是，隨著礦井建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，以及煤礦機(jī)械化程度的不斷提高，礦井井下設(shè)備外形尺寸在不斷增大，同時(shí)礦井通風(fēng)量隨著礦井瓦斯涌出量的增加，巷道斷面也在相應(yīng)的增大，因而現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)防水閘門由于規(guī)格尺寸小和結(jié)構(gòu)形式為整體焊接等問(wèn)題已不能滿足礦井井下巷道的使用需要，從而限制了防水閘門的使用范圍。

目前，煤礦井下普遍采用的防水閘門標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)只有薄殼式和平板式兩種，其中薄殼式規(guī)格為1.7m×2.3m和2.0m×2.3m兩種，適用靜水壓1.6MPa～8.0MPa；平板式規(guī)格為1.7m×2.3m，適用靜水壓1.0MPa～1.6MPa。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格平板式防水閘門由于承受壓力較小，應(yīng)用較少。薄殼式防水閘門適用于水壓遠(yuǎn)高于平板的防水閘門，因此應(yīng)用較為普遍。但由于目前礦井巷道寬度在不斷加大，并且有不斷增大的趨勢(shì)，導(dǎo)致薄殼式防水閘門的應(yīng)用范圍在不斷縮小，已無(wú)法滿足大型設(shè)備的通過(guò)和礦井通風(fēng)的需求。值得注意的是，目前正在設(shè)計(jì)和投產(chǎn)的礦井的巷道寬度一般都大于等于4m，如果為了滿足使用需要僅僅是單方面擴(kuò)大薄殼式防水閘門的規(guī)格，則會(huì)出現(xiàn)無(wú)法運(yùn)輸、提升、安裝等問(wèn)題，關(guān)鍵是還會(huì)導(dǎo)致防水閘門強(qiáng)度的降低，無(wú)法承受奧灰水水頭較大的壓力。其次，如果防水閘門在膠帶大巷使用，存在著關(guān)閉時(shí)必須要求剪斷膠帶的缺點(diǎn)，不能滿足《煤礦安全規(guī)程》中關(guān)閉實(shí)驗(yàn)要每年進(jìn)行兩次的要求，而且目前礦井井下普遍使用大型鋼繩芯帶式輸送機(jī)及大巷雙軌道運(yùn)行，導(dǎo)致剪斷膠帶既難以實(shí)現(xiàn)，在經(jīng)濟(jì)上也極不合理，關(guān)鍵是還會(huì)延誤關(guān)門時(shí)間，對(duì)礦井的安全造成了嚴(yán)重的威脅。鑒于此種情況，結(jié)合礦井的實(shí)際條件，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了圓弧拱形可分體上翻式防水閘門。

1 圓弧拱形可分體上翻式防水閘門結(jié)構(gòu)形式

圓弧拱形可分體上翻式防水閘門由一個(gè)中間用兩排螺栓連接在一起的圓弧拱形可分體門扇和可分體門框組成，見(jiàn)圖1平面圖和圖2剖面圖。

圖1 平面圖

圖2 剖面圖

1.1 可分體式門扇

可分體式門扇是一個(gè)上門扇、一個(gè)下門扇之間用螺栓連接在一起的圓弧拱結(jié)構(gòu)（如果巷道高度超過(guò)3.0m，還可以加一個(gè)中門扇），上下門扇規(guī)格尺寸相同，見(jiàn)圖1。門扇由圓弧拱形門面板、圓弧拱形橫筋板、矩形豎筋板和門檐板焊接而成。在上門扇的上方焊接兩個(gè)門軸板。如果在膠帶巷使用需在下門扇留設(shè)一個(gè)膠帶槽，如果在軌道巷使用需留設(shè)兩個(gè)U形軌道槽。此外，在上下門扇上還要焊接起吊環(huán)、開(kāi)關(guān)門液壓千斤頂前支架等，并在上下門扇連接處的橫筋板上留設(shè)一定數(shù)量的螺栓連接孔，安裝時(shí)用螺栓將上下門扇連接在一起。

1.2 分體式門框

分體式門框由左、右門框和上、下門框四部分組成，兩側(cè)左右門框?yàn)樘菪?，上下門框?yàn)閳A弧拱形，上下門框和左右門框靠門框連接筋板焊接在一起，同時(shí)配有門軸和千斤頂后支架，見(jiàn)圖2。從正面看整個(gè)門框?yàn)橐痪匦谓Y(jié)構(gòu)，投影看為一圓弧拱形結(jié)構(gòu)，所以門框整體俯視圖為圓弧拱形，左視圖為矩形。整個(gè)門框由頂支撐板、底支撐板、中支撐板、圓弧拱形門框板、三角形筋板、拱形筋板、門框連接筋板、梯形筋板、連接螺栓、平面門框板組成。刀把形門軸板為了加強(qiáng)預(yù)埋強(qiáng)度在上端順向焊接了加長(zhǎng)鋼板及橫向鋼板。門軸板為一刀把形，門軸板上端順向焊接兩塊加長(zhǎng)鋼板，整體直接焊接在上門框上，并在加長(zhǎng)鋼板的末端垂直焊接一塊橫向鋼板，以增加預(yù)埋強(qiáng)度。開(kāi)關(guān)門液壓千斤頂一頭固定在巷道壁一頭連接在門體上，實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化開(kāi)關(guān)防水閘門，起到了迅速、簡(jiǎn)單的完成防水閘門的動(dòng)作的作用。對(duì)于膠帶運(yùn)輸巷防水閘門和軌道巷防水閘門，為了保證不剪斷鋼繩芯強(qiáng)力膠帶在門體下部留有相應(yīng)的槽，槽的尺寸要與膠帶及軌道的規(guī)格尺寸一致。

2 圓弧拱形可分體上翻式防水閘門的安裝及開(kāi)啟關(guān)閉方式

2.1 安裝方式

安裝方式，見(jiàn)圖1。圓弧拱形可分體上翻式防水閘門的安裝簡(jiǎn)單易行。門框是螺栓連接組合而成，用整體澆注的施工方法與防水閘門硐室固定，最后將在現(xiàn)場(chǎng)用螺栓連接好的門扇安裝好，配備液壓千斤頂系統(tǒng)，安裝完成。

2.2 開(kāi)關(guān)方式

開(kāi)關(guān)方式，見(jiàn)圖2。圓弧拱形可分體上翻式防水閘門的開(kāi)啟是通過(guò)設(shè)在門框頂部的液壓千斤頂完成開(kāi)啟和關(guān)閉動(dòng)作。

3 模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果

通過(guò)對(duì)圓弧拱形可分體上翻式防水閘門進(jìn)行的模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該防水閘門可以滿足礦井井下不同水頭壓力的要求。

4 圓弧拱形可分體上翻式防水閘門的主要優(yōu)點(diǎn)

1）實(shí)用性強(qiáng)。由于圓弧拱形可分體防水閘門關(guān)閉時(shí)只需拆除活動(dòng)膠帶架和放松拉緊裝置，就可關(guān)閉防水閘門，無(wú)需剪斷高強(qiáng)度的鋼繩芯膠帶就能實(shí)現(xiàn)門體閉合，為事故發(fā)生時(shí)迅速關(guān)閉防水閘門爭(zhēng)取了時(shí)間，也為每年兩次的關(guān)閉實(shí)驗(yàn)減少了經(jīng)濟(jì)損失和工作量，同時(shí)可適用于現(xiàn)有井下各種巷道。

2）承載結(jié)構(gòu)合理。圓弧拱形可分體防水閘門合理的受力機(jī)構(gòu)，分散了水頭施加在閘門門體上的力，使得防水閘門的規(guī)格可以適應(yīng)現(xiàn)有礦井巷道的設(shè)計(jì)，而且由于該防水閘門的分體設(shè)計(jì)使得圓弧拱形分體式閘門能很方便的運(yùn)輸?shù)陌惭b硐室，解決了大規(guī)格防水閘門運(yùn)輸?shù)膯?wèn)題。

3）可在大斷面的巷道使用。通過(guò)調(diào)整門扇鋼板和筋板的厚度及圓弧半徑使門扇跨度增大，可通過(guò)大型設(shè)備和較大的風(fēng)量，并可根據(jù)礦井的運(yùn)輸與提升能力對(duì)門扇和門框進(jìn)行分體，當(dāng)運(yùn)輸與提升井巷斷面小時(shí)，門扇還可分為多體進(jìn)行加工和運(yùn)輸，因此，有利于斷面大的巷道使用，從而彌補(bǔ)了薄殼式防水閘門不能分體，運(yùn)輸與升降困難的不足。

4）加工工藝簡(jiǎn)單、加工成本低。薄殼式防水閘門為異形閘門，在制作中需要專門的模具，而且每個(gè)規(guī)格都需要一套專用的模具，使得薄殼式防水閘門的造價(jià)高，加工門檻高。對(duì)于圓弧拱形分體式防水閘門，則不存在這樣的問(wèn)題。加工圓弧拱形分體式防水閘門只需要一臺(tái)卷板機(jī)和常用金屬加工機(jī)械就可以完成。由于該防水閘門結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使得加工周期短，交付快，且加工成本低。

5 結(jié)論

由于本設(shè)計(jì)采用了圓弧拱形上翻式結(jié)構(gòu)，可分體，可使門的制作規(guī)格尺寸增大兩倍以上，并可在關(guān)閉防水閘門時(shí)不用剪斷膠帶機(jī)膠帶，且開(kāi)啟方便，可滿足礦山井下各類膠帶運(yùn)輸巷道、軌道運(yùn)輸巷和進(jìn)回風(fēng)巷道的使用，應(yīng)用范圍更加廣泛。此外，門的制作加工工藝有了質(zhì)的改變，由模壓工藝改為卷板機(jī)工藝，制作簡(jiǎn)單，加工成本大幅度降低，因此經(jīng)濟(jì)效益是明顯的。

New Type Circular Arches Upturning SpliTUniTWaterprooFGate in Mines

Wen Xin-ying,Wen Yi

(Taiyuan Institute oFDesign and Research oFCoal Industry,Taiyuan Shanxi 030001)

The paper introduces the design process and the features oFcircular arches upturning spliTuniTwaterprooFgate.

circular arches;upturning spliTuniTwaterprooFgate

TD406

A

1672-5050（2011）07-0029-03

2011-04-28

溫欣穎（1981—），女，遼寧本溪人，本科，助理工程師，從事煤礦機(jī)械生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

劉新光