礦用擺動(dòng)折疊式安全門的研究與應(yīng)用

摘要：煤礦井口安全門是為了防止人員、礦車誤進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)域，從而保證安全生產(chǎn)而設(shè)置的重要的安全設(shè)施。目前八礦副井井口采用折疊式安全門、鏈條拉動(dòng)滑移式安全門及我國煤礦常用的罐籠頂開門、鋼絲繩牽引式安全門、電動(dòng)安全門等均存在不同程度的缺點(diǎn)。文章以煤礦提升系統(tǒng)安全為基準(zhǔn)，對擺動(dòng)折疊式安全門的研究與應(yīng)用進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：礦用擺動(dòng)折疊式安全門；煤礦井口；安全設(shè)施；煤礦生產(chǎn)建設(shè)；副井提升 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號：TD544 文章編號：1009-2374（2017）06-0209-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.06.104

1 概述

在煤礦生產(chǎn)建設(shè)中，副井提升是礦井人員上下、物料、設(shè)備運(yùn)輸?shù)难屎硪?，而井口安全門的保護(hù)作用又是提升系統(tǒng)的重中之重。每年因井口安全門使用不當(dāng)或保護(hù)不全，閉鎖不可靠，造成井口墜物，掉落礦車，甚至有墜落人員惡性事故發(fā)生，給煤礦安全生產(chǎn)帶來嚴(yán)重影響。擺動(dòng)折疊式安全門具有動(dòng)作靈活、開閉速度快、便于大/長物料或設(shè)備入罐、運(yùn)行可靠、運(yùn)動(dòng)學(xué)優(yōu)化、結(jié)構(gòu)緊湊等特點(diǎn)，既滿足八礦副井井口空間條件，又具有良好的經(jīng)濟(jì)技術(shù)性能，可從根本上解決目前我國立井安全門存在的不足，為副井提升的高效、安全、綠色運(yùn)行提供保障。

2 研究內(nèi)容與技術(shù)方案

2.1 技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

（1）閉鎖功能：滿足《煤礦安全規(guī)程》要求，可實(shí)現(xiàn)與操車系統(tǒng)的可靠閉鎖；（2）良好的通過能力：有利于大/長物料或設(shè)備入罐下井；（3）開閉速度快：可在較大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)安全門的開閉速度，最快開閉時(shí)間可達(dá)2.5s，從而大大提高產(chǎn)能；（4）可靠性高：結(jié)構(gòu)合理，動(dòng)作可靠，故障率低，維護(hù)工作量??；（5）抗沖擊強(qiáng)度高：能夠防止跑車事故；（6）開閉終點(diǎn)位置精確；（7）操作方便，運(yùn)行平穩(wěn)，振動(dòng)噪聲50分貝以下；（8）結(jié)構(gòu)緊湊，占用空間小。

2.2 關(guān)鍵技術(shù)與創(chuàng)新點(diǎn)

該項(xiàng)目針對目前我國煤礦常用的立井安全門存在維護(hù)工作量大、噪聲大、開閉時(shí)間長、下放大/長物料時(shí)需拆除安全門耗時(shí)耗力、故障率高、突然開停時(shí)加速度大容易傷人、容易發(fā)生誤操作等難題，研究了擺動(dòng)折疊式技術(shù)，在安全可靠性、減振降噪、減員增效方面取得了突破和技術(shù)創(chuàng)新。具體為：

2.2.1 主要科技創(chuàng)新之一：研究了擺動(dòng)折疊式技術(shù)，增加了安全門的安全、可靠性。

新型安全門采用了平行四邊形機(jī)構(gòu)（圖1）。安全門最下部橫梁為主動(dòng)橫梁，由液壓缸驅(qū)動(dòng)。主動(dòng)橫梁的高度滿足搖臺(tái)開啟要求，且具有足夠的強(qiáng)度和剛度。其余橫梁為從動(dòng)橫梁，且與主動(dòng)橫梁平行。各橫梁之間采用多根相互平行的傾斜連桿連接。橫梁與連桿成為一個(gè)由多個(gè)平行四邊形構(gòu)成的網(wǎng)狀整體結(jié)構(gòu)。

安全門開啟時(shí)，液壓缸驅(qū)動(dòng)主動(dòng)橫梁向上擺動(dòng)，主動(dòng)橫梁帶動(dòng)各從動(dòng)橫梁和傾斜連桿一起向上擺動(dòng)。安全門上擺過程中，縱向連桿始終保持初始傾角。當(dāng)門完全開啟后，各橫梁處于垂直狀態(tài)且相互之間幾乎沒有間隙，緊密貼合。而縱向連桿之間也平行貼合在一起，從而使安全門在開啟狀態(tài)下具有最小的水平結(jié)構(gòu)尺寸。這不僅有利于節(jié)省安全門的安裝和工作空間，防止安全門受到意外撞擊而損壞，而且有效地改善了橫梁開啟狀態(tài)下的受力狀態(tài)。

在安全門工作過程中，無論是開啟還是關(guān)閉狀態(tài)，本安全門都具有極高的安全可靠性。安全門完全開啟時(shí)（圖3）。此時(shí)縱向連桿為傾斜安裝狀態(tài)，傾角經(jīng)計(jì)算確定。整個(gè)門扇的重力中心位于轉(zhuǎn)動(dòng)支撐銷軸的左側(cè)（圖4），避免了安全門開啟狀態(tài)下停電時(shí)的自動(dòng)下落關(guān)閉現(xiàn)象，提高了門的可靠性和安全性。

如果縱向連桿垂直布置，則門開啟后的狀態(tài)如圖3所示。當(dāng)安全門開啟到位后，整個(gè)門扇的中心位于轉(zhuǎn)動(dòng)支撐銷軸的右側(cè)。這時(shí)安全門的重心在支撐點(diǎn)的右側(cè)，安全門開啟狀態(tài)下停電時(shí)，會(huì)出現(xiàn)在自重的作用下有自動(dòng)下落關(guān)閉的現(xiàn)象。

此外，安全門的液壓系統(tǒng)中采取了液壓閉鎖措施，可有效地避免安全門開、閉過程中停電事故引起的安全門失控現(xiàn)象。

2.2.2 主要科技創(chuàng)新之二：研究了液壓缸驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)，延長了安全門的使用壽命，減少了安全門的維護(hù)工作量。

在安全門液壓控制回路中裝設(shè)了雙作用液控單向閥和調(diào)速閥，能夠?qū)Π踩T的開閉進(jìn)行無級調(diào)速，從根本上消除了安全門開啟和關(guān)閉時(shí)的沖擊振動(dòng)現(xiàn)象，提高了安全門運(yùn)行的可靠性和安全性，延長了安全門的使用壽命，減少了安全門的維護(hù)工作量。

2.2.3 主要科技創(chuàng)新之三：研究了運(yùn)動(dòng)學(xué)優(yōu)化技術(shù)，提高了開、閉靈活性，增強(qiáng)了運(yùn)行穩(wěn)定性，取得了減振降噪的效果。

該安全門采用具有穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)學(xué)特征的平行四邊形機(jī)構(gòu)，且針對具體情況（罐籠結(jié)構(gòu)、立井生產(chǎn)條件等），優(yōu)選了安全門關(guān)鍵運(yùn)動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)學(xué)特征參數(shù)，并確定了安全門的最優(yōu)開閉運(yùn)動(dòng)軌跡，使安全門機(jī)構(gòu)具有良好的開、閉靈活性，且運(yùn)動(dòng)阻力小、動(dòng)作平穩(wěn)。

為了減小安全門關(guān)閉時(shí)與位于副立桿內(nèi)的門端承接底座之間的沖擊，從兩個(gè)方面采取了措施：（1）在承接底座上設(shè)置了彈簧緩沖裝置，以吸收二者相互接觸瞬間產(chǎn)生的輕微沖擊能量；（2）在液壓操作系統(tǒng)方面進(jìn)行了完善，實(shí)現(xiàn)了安全門開、閉的無極調(diào)速，從而能夠根據(jù)實(shí)際情況在較大范圍內(nèi)對安全門開、閉速度進(jìn)行調(diào)節(jié)，為提升設(shè)備安全高效生產(chǎn)提供了保障。而且從根本上消除了安全門關(guān)閉時(shí)的沖擊振動(dòng)、噪聲現(xiàn)象，保證了安全門動(dòng)作可靠性，延長了安全門的使用壽命，減少了維護(hù)工作量，且顯著改善了井口工作人員的工作環(huán)境。

2.2.4 安全門運(yùn)動(dòng)學(xué)優(yōu)化。該安全門采用具有穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)學(xué)特征的平行四邊形機(jī)構(gòu)，且針對具體情況（罐籠結(jié)構(gòu)、立井生產(chǎn)條件等），優(yōu)選了安全門關(guān)鍵運(yùn)動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)學(xué)特征參數(shù)，并確定了安全門的最優(yōu)開閉運(yùn)動(dòng)軌跡，使安全門機(jī)構(gòu)具有良好的開、閉靈活性，且運(yùn)動(dòng)阻力小、動(dòng)作平穩(wěn)。

2.2.5 安全門減振降噪。為了減小安全門關(guān)閉時(shí)與位于副立桿內(nèi)的門端承接底座之間的沖擊，從兩個(gè)方面采取了措施：（1）在承接底座上設(shè)置了彈簧緩沖裝置，以吸收二者相互接觸瞬間產(chǎn)生的輕微沖擊能量；（2）在液壓操作系統(tǒng)方面進(jìn)行了完善，實(shí)現(xiàn)了安全門開、閉的無極調(diào)速，從而能夠根據(jù)實(shí)際情況在較大范圍內(nèi)對安全門開、閉速度進(jìn)行調(diào)節(jié)，為提升設(shè)備安全高效生產(chǎn)提供了保障。而且從根本上消除了安全門關(guān)閉時(shí)的沖擊振動(dòng)、噪聲現(xiàn)象，保證了安全門動(dòng)作可靠性，延長了安全門的使用壽命，減少了維護(hù)工作量，且顯著改善了井口工作人員的工作環(huán)境。

2.2.6 安全門驅(qū)動(dòng)方式。本安全門采用液壓缸驅(qū)動(dòng)，主要基于如下原因：（1）液壓缸驅(qū)動(dòng)控制準(zhǔn)確，說停即停，而氣缸驅(qū)動(dòng)存在爬行、脈動(dòng)等問題，供氣開始時(shí)，由于開門阻力的作用，門并不動(dòng)作，隨著繼續(xù)供氣，氣壓上升，推力增大，當(dāng)達(dá)到開門阻力后，門才開始動(dòng)作。當(dāng)開門到位后，停止供氣，這時(shí)高壓氣體還會(huì)繼續(xù)作用氣缸工作一段距離，氣壓逐步下降，直到推力小于阻力時(shí)才停止工作，因此氣缸驅(qū)動(dòng)存在滯后問題；（2）新安全門的橫梁采用60×40×5的矩形空心鋼制作，斜豎桿為40×5的鋼板制作，整個(gè)門扇的重量比較大，如果采用氣缸驅(qū)動(dòng)，則氣缸的體積很大；（3）新安全門的液壓缸安裝在門柱的內(nèi)部空腔內(nèi)，其周圍的三面是10mm的鋼板擋護(hù)，只有安裝進(jìn)出油口的一面是敞開的，且該面正對巷道壁，能徹底保護(hù)液壓缸不受到外部物體的碰撞；（4）液壓缸桿伸出方向向下。因?yàn)殚_門時(shí)需要的推力大，這時(shí)是液壓缸的無桿腔進(jìn)油。關(guān)門時(shí)需要的力小，這時(shí)是有桿腔進(jìn)油，實(shí)現(xiàn)了液壓缸的最小化，能有效地節(jié)省井口安全門處的安裝空間。另外，液壓缸向下安裝，活塞桿始終向下，可以防止外部淋水到達(dá)活塞腔入口，且淋水難以滯留在活塞桿上，減少淋水對活塞桿的侵蝕（為防淋水，設(shè)計(jì)中在門柱的上端面加有水平檔板，能有效防止淋水滴落到液壓缸上）。

3 結(jié)語

總而言之，在煤礦礦井提升運(yùn)輸方面，擺動(dòng)折疊式安全門的應(yīng)用有著非常深遠(yuǎn)的意義。它的應(yīng)用可以使施工企業(yè)以最小化的生產(chǎn)成本為基點(diǎn)，獲取最大化的經(jīng)濟(jì)利潤。同時(shí)，擺動(dòng)折疊式安全門能夠避免安全事故的發(fā)生，提高設(shè)備自身的安全、穩(wěn)定性能。它能夠很好地提高煤礦生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益，提高煤炭資源的利用率。從長遠(yuǎn)來說，擺動(dòng)折疊式安全門具有很好的推廣價(jià)值。隨著擺動(dòng)折疊式安全門應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)大，我國煤炭行業(yè)必將會(huì)擁有更好的發(fā)展前景，走上可持續(xù)發(fā)展道路，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益。

作者簡介：林國分（1981-），男，內(nèi)蒙古通遼人，天安煤業(yè)股份有限公司八礦運(yùn)輸二隊(duì)助理工程師，研究方向：煤礦機(jī)電管理。

（責(zé)任編輯：周 瓊）