雙閉鎖式風動防撞風門設(shè)計與應用

郭海軍

（潞安集團慈林山煤業(yè)夏店煤礦，山西 長治 046000）

風門是礦井主要的通風設(shè)施，是通風系統(tǒng)重要的組成部分。 礦井巷道通過設(shè)置風門來控制風流方向和風量，風門的運行狀態(tài)對礦井通風安全具有重要意義[1-2]。 為了保證風門的運行效率，通風系統(tǒng)一般采用風動或電動風門[3-4]； 由于井下作業(yè)環(huán)境復雜，同時還要求風門具有防撞功能[5]。潞安集團夏店煤礦井下所使用風門采用電磁閉鎖，使用過程中需要接通電源，能耗較高，且不具備防撞功能，在生產(chǎn)過程中經(jīng)常出現(xiàn)推車操作不當?shù)仍驅(qū)е嘛L門損壞，不但增加維修量和維修成本，同時對礦井通風安全產(chǎn)生影響。 為了解決這個問題，通過對該風門的研究， 在其基礎(chǔ)上設(shè)計了雙閉鎖式風動防撞風門，并在該礦3118 工作面進行了試驗，取得了良好的應用效果。

1 雙閉鎖式電磁風門存在問題

1.1 雙閉鎖電磁風門工作原理

雙閉鎖電磁風門采用電磁原理設(shè)計，當風門開啟時，風門開閉狀態(tài)傳感器產(chǎn)生信號并傳遞給控制器，控制器給另一道風門的電磁閉鎖供電，另一道風門閉鎖，同時報警器發(fā)出語音報警。 風門關(guān)閉后，電磁閉鎖斷電另一道風門解鎖，語音報警停止。 行人也可按動按鈕來解鎖風門，行人經(jīng)過后風門會自動閉鎖[6]。

圖1 雙閉鎖電磁風門安裝

1.2 存在問題

（1）電能的浪費。 雙閉鎖電磁風門在使用過程中持續(xù)耗電，造成用電量的增加。

（2）材料費用的浪費。 雙閉鎖電磁風門經(jīng)常因風門的頻繁開關(guān)閉鎖造成電磁閉鎖保護線圈燒壞，材料消耗較大。

（3）設(shè)備費用的浪費。 原雙閉鎖電磁風門不具有防撞功能，職工在運輸車輛的過程中，因誤操作導致風門被撞壞，而產(chǎn)生的設(shè)備維護費用或更換新風門的費用。

（4）人力資源的浪費。 每班安排2～3 名專職機電工對井下風門進行巡查、檢修、維護，而產(chǎn)生的工時費。

（5）風門被撞壞或損壞以后，造成風門開啟困難、風流短路等安全隱患。

2 雙閉鎖式風動防撞風門設(shè)計原理與運行流程

2.1 設(shè)計原理與運行流程

（1）設(shè)計原理

雙閉鎖式風動防撞風門，采用風動式閉鎖+ 機械式閉鎖+ 防撞風門，當風動閉鎖失效時，可利用機械閉鎖進行閉鎖。 該風門以壓縮空氣為動力，手動操作控制閥，實現(xiàn)風門的整體自動控制及卡軌器的聯(lián)動控制； 全套設(shè)備由兩道風門及其控制系統(tǒng)、四臺卡軌器、兩只導繩輪，以及聲光傳感系統(tǒng)組成，符合《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定，且保證行人和運輸?shù)恼Ｍㄐ?；兩道風門自動閉鎖，同一時間內(nèi)只能夠開啟一道，并且關(guān)門優(yōu)先，防止風流短路；與風門開關(guān)同步自動起落的卡軌器，在風門關(guān)閉狀態(tài)下，阻止礦車前行，具有防撞門功能；導繩輪可以控制和疏導鋼絲繩在局部范圍內(nèi)沿導軌中心運行；聲光警示系統(tǒng)可自動監(jiān)測風門開閉狀態(tài)，以聲光形式發(fā)出警示。 風門開啟角度≥90°。

（2）控制系統(tǒng)

雙閉鎖式風動防撞風門的控制系統(tǒng)由2 個風缸、2 個兩位二通閥、風管、滑輪和鋼絲繩等組成。通過風閥手柄可以控制風門和卡軌器的狀態(tài)，即通過1#風門外側(cè)的風閥手柄可控制1#風門和1#、2#卡軌器打開，在礦車進入兩道風門中間時，可利用風閥手柄控制1#風門和1#、2#卡軌器關(guān)閉， 同時打開2#風門和3#、4#卡軌器， 當?shù)V車通過2#風門后可利用風閥手柄關(guān)閉2#風門和3#、4#卡軌器，反之亦然。

（3）運行流程

該風門運行流程以安裝在回巷運輸繞道為例。在風門前后2 m 處各安裝一套氣動卡軌器，氣路與風門串聯(lián)，在風門關(guān)閉狀態(tài)下，該裝置出于卡死道軌的狀態(tài)。 當1#風門開啟（關(guān)閉）時，1#、2#卡軌器自動開啟（關(guān)閉）；礦車進入風門中間，停在3#卡軌器前；當2#風門開啟（關(guān)閉）時，3#、4#卡軌器自動開啟（關(guān)閉），礦車順利通過。1#、2#風門不能同時開啟，所以1#、2#組成的第一組和3#、4#組成的第二組卡軌器不會同時解除閉鎖狀態(tài)。 這樣就避免了風門在未開啟狀態(tài)下， 運輸過程中因誤操作而撞壞風門，導致風流短路等情況的發(fā)生。

圖2 雙閉鎖式風動防撞風門結(jié)構(gòu)

2.2 與原風門比較

雙閉鎖式風動防撞風門相比較于普通電磁閉鎖風門，具有成本低，安裝簡單，使用方便，功能齊全，以壓縮空氣為動力，是通過氣管把氣送到閉鎖器中從而實現(xiàn)風門互鎖的；氣動卡軌器能有效避免風門被撞造成損壞。 該風門安裝簡單，運輸方便，體積小，功能全，能夠避免風流短路、風門被撞等不必要的安全隱患風險，同時節(jié)約企業(yè)電費、材料費用、維修維護費用、人力資源費用等。

3 使用效果分析

3.1 經(jīng)濟效益

經(jīng)在夏店煤礦井下3118 綜采工作面回風巷運輸繞道風門試裝完成試驗后，效果良好。 設(shè)備運行穩(wěn)定可靠， 后期逐步對井下十余道風門進行改造，目前已全面完成改造工作，取得良好安全效益及經(jīng)濟效益；設(shè)備安裝完成后，未出現(xiàn)一起因礦車撞擊風門及風門雙開現(xiàn)象。 具體產(chǎn)生經(jīng)濟效益計算見式（1）：

式中：Em為經(jīng)濟效益， 元；Q1為項目實施后節(jié)約費用，元；Q0為項目實施后產(chǎn)生的費用，元；r 為使用時間，年；Ca為施工費用， 元；I 為非本成果產(chǎn)生的效益，元；F 為施工損失，元。 該實施項目以一年為期限、10 組風門為例計算。

據(jù)統(tǒng)計項目實施前后單個風門的耗電量分別為85 kW/h 和20 kW/h， 則項目實施后節(jié)約的電能費用： 單價×單個風門平均年用電量×風門數(shù)=0.47×85×10=399.5 元；節(jié)約的材料費用：項目實施前材料費用為電磁保護單價×全年更換數(shù)量=520（元）×40（個）=20 800 元，項目實施后10 個風門預計材料費用為8 000 元/年， 節(jié)省12 800 元/年；平均3 名機電工×月平均工資額×12=3×5 000×12=180 000 元； 項目實施前風門的維護或更換費用： 風門單價×風門更換頻次=18 000×15=270 000；項目實施后產(chǎn)生的人力資源費用：平均用人工數(shù)×平均工資×12=1.5×5 000×12=90 000 元。

則代入式（1）得Em=267 305.5 元。

3.2 其他效益

（1）減少礦井電能的浪費。 因雙閉鎖電磁風門采用電磁閉鎖， 在使用過程中造成礦井用電量增加，使用雙閉鎖式風動防撞風門后，因取消連接電磁器開關(guān)，使用原有礦井壓風系統(tǒng)，電力消耗降低76.5%，實現(xiàn)了綠色開采。

（2）減少材料浪費。 原雙閉鎖電磁風門采用電磁閉鎖，在使用過程中，因風門的經(jīng)常開關(guān)閉鎖造成電磁閉鎖保護線圈燒壞， 從而產(chǎn)生材料消耗，而雙閉鎖式風動防撞風門，因結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定可靠，且造價低廉，材料費用降低61.5%。

（3）減少通風設(shè)備損耗。 原雙閉鎖電磁風門不具有防撞功能，職工在運輸車輛的過程中，因誤操作導致風門被撞壞，而產(chǎn)生的設(shè)備維護費用或更換新風門的費用。 雙閉鎖式風動防撞風門其本身重要目的之一就是防止運輸過程中意外撞擊風門。 因此，保護了風門通風設(shè)施的安全。

（4）減少人力資源的浪費。 雙閉鎖電磁風門每班需安排2～3 名專職機電工對井下風門進行巡查、檢修、維護，而產(chǎn)生的工時費，雙閉鎖式風動防撞風門因不帶有電氣設(shè)備，且維護簡便，僅需一人定期維護保養(yǎng)就可實現(xiàn)風門閉鎖裝置的持續(xù)穩(wěn)定運行（行人或礦車通過風門時可按照開關(guān)操作提示自行操作風門的開閉，不必另增看守人員）。

（5）實現(xiàn)持續(xù)穩(wěn)定安全可靠的安全效益。 推行該項目后，可以防止風門因運輸原因被撞壞，造成井下通風設(shè)施損壞產(chǎn)生漏風、風流短路等情況。

4 結(jié)語

雙閉鎖式電磁風門不具有防撞功能，且材料損耗大、電能消耗多，本次的設(shè)計在其基礎(chǔ)上進行了改進，利用壓縮空氣實現(xiàn)了自動開閉，利用氣動卡軌器實現(xiàn)了風門的防撞功能， 在3118 工作面進行了試驗，應用效果良好，具有較高的經(jīng)濟效益和社會效益。