礦井主通風(fēng)機(jī)防凍風(fēng)門的設(shè)計(jì)與應(yīng)用研究

張寅偉

（霍州煤電集團(tuán)，山西 霍州 031400）

在山西、內(nèi)蒙古等北方地區(qū)，采用抽出式通風(fēng)方法的煤礦，其風(fēng)門接口處在冬季容易結(jié)冰，導(dǎo)致風(fēng)門無法正常啟閉，以往一般是采用電動機(jī)+人工輔助的辦法打開風(fēng)門。從實(shí)際應(yīng)用中可知，此方法存在著工作量大、勞動強(qiáng)度高、處理時(shí)間長等問題，無法保障通風(fēng)系統(tǒng)主通風(fēng)機(jī)在10 min 內(nèi)完成切換，安全隱患較大，必須進(jìn)行調(diào)整改進(jìn)[1-6]。

1 工程概況

霍州煤電集團(tuán)汾源煤業(yè)有限公司位于山西省靜樂縣城東北約30 km 處，井田地處晉西北黃土高原，屬大陸性氣候，四季分明，晝夜溫差大，年平均氣溫為6～7 ℃，1 月平均氣溫可低至-15 ℃，最低氣溫達(dá)-28 ℃。汾源煤業(yè)主要采用“分區(qū)抽出式”通風(fēng)方式，二盤區(qū)回風(fēng)立井安裝2 臺FBCZ-10-No32抽出式通風(fēng)機(jī)。

2 通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)門及冬季結(jié)冰情況分析

汾源煤業(yè)二盤區(qū)回風(fēng)立井2 臺主通風(fēng)機(jī)輪換使用，在切換使用過程中，對開風(fēng)門的作用非常關(guān)鍵，是保障各處通風(fēng)系統(tǒng)正常運(yùn)行的核心設(shè)施。通風(fēng)系統(tǒng)的切換過程必須關(guān)聯(lián)到對開風(fēng)門的啟閉，從汾源煤業(yè)二盤區(qū)回風(fēng)立井通風(fēng)系統(tǒng)現(xiàn)場來看，對開風(fēng)門冬季結(jié)冰現(xiàn)象嚴(yán)重，嚴(yán)重影響通風(fēng)系統(tǒng)主通風(fēng)機(jī)的切換作業(yè)。

二盤區(qū)回風(fēng)立井通風(fēng)系統(tǒng)對開風(fēng)門由于結(jié)冰從而導(dǎo)致以往傳動裝置無法動作，對開風(fēng)門無法正常進(jìn)行啟閉，一般都是采用人工操作進(jìn)行啟閉風(fēng)門。在風(fēng)門結(jié)冰現(xiàn)場，人工采用撬棍對風(fēng)門四周及頂部結(jié)冰位置進(jìn)行敲打，再結(jié)合電動機(jī)工作緩慢打開風(fēng)門。

盡管對于結(jié)冰風(fēng)門可以采用現(xiàn)場人工輔助開啟風(fēng)門的方案，但是操作時(shí)間過長，會導(dǎo)致通風(fēng)系統(tǒng)主通風(fēng)機(jī)的切換時(shí)間較長，在該段時(shí)間內(nèi)會發(fā)現(xiàn)因風(fēng)門開度不足而導(dǎo)致的井下通風(fēng)系統(tǒng)供風(fēng)不穩(wěn)定，風(fēng)機(jī)流量減小，會發(fā)生工作面瓦斯?jié)舛瘸瑯?biāo)的安全事故，必須對該風(fēng)門結(jié)冰問題進(jìn)行進(jìn)一步調(diào)整處理。

3 防凍風(fēng)門的設(shè)計(jì)

3.1 結(jié)構(gòu)分析

針對汾源煤業(yè)二盤區(qū)回風(fēng)立井現(xiàn)有對開風(fēng)門的結(jié)構(gòu)及現(xiàn)場已采用的防凍措施進(jìn)行了分析，提出了一種新型的側(cè)開風(fēng)門防凍解決方案。該防凍風(fēng)門采用單出口結(jié)構(gòu)加熱，防凍風(fēng)門設(shè)計(jì)三維模型如圖1。

圖1 防凍風(fēng)門結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)三維模型圖

該防凍風(fēng)門采用頂部懸掛，兩側(cè)面鋼絲繩傳動模式，在門板頂部設(shè)置3 組限位輪，在門板底部設(shè)置有2 組行走輪，風(fēng)門前后兩側(cè)設(shè)置彈性密封膠條，設(shè)置有電動執(zhí)行器提供風(fēng)門啟閉動力。

新設(shè)計(jì)的防凍風(fēng)門結(jié)構(gòu)如圖2，主要由左右箱體、回風(fēng)管道、鋼絲繩、定滑輪、限位輪、門板、行走輪、法蘭、加熱裝置、排水閥門、進(jìn)風(fēng)管道等部件組成。

圖2 防凍風(fēng)門結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)示意圖

該防凍風(fēng)門裝置風(fēng)筒直徑設(shè)計(jì)為Φ3600 mm，風(fēng)門門板寬度設(shè)計(jì)為160 mm，左右箱體寬度設(shè)計(jì)為250 mm。風(fēng)門左側(cè)與變徑風(fēng)筒聯(lián)接，風(fēng)門右側(cè)與主通風(fēng)機(jī)風(fēng)筒聯(lián)接。

3.2 工作原理

加熱裝置為風(fēng)門提供熱空氣，熱空氣通過進(jìn)風(fēng)管道從風(fēng)門底部輸入，同時(shí)在風(fēng)門內(nèi)部的循環(huán)通道進(jìn)行全方位的流動，最后從風(fēng)門頂部出風(fēng)管道排出?；陲L(fēng)門內(nèi)部熱空氣流動，因此可在風(fēng)門內(nèi)部保持較高溫度，有效解決了因風(fēng)門外部溫度低而導(dǎo)致的結(jié)冰問題，保障風(fēng)門在通風(fēng)系統(tǒng)主通風(fēng)機(jī)進(jìn)行切換時(shí)能正常完成啟閉動作。同時(shí)對于輸氣管道，在其管道外部設(shè)計(jì)有保溫層，管道接口處設(shè)置有閘閥，可通過閘閥控制熱空氣的流向，輸氣管道的進(jìn)出口直徑均為150 mm。

4 工業(yè)性試驗(yàn)

4.1 防凍側(cè)開風(fēng)門的安裝

將設(shè)計(jì)的新型防凍側(cè)開風(fēng)門在汾源煤業(yè)二盤區(qū)回風(fēng)立井中進(jìn)行了安裝調(diào)試，在不拆除原有對開風(fēng)門的基礎(chǔ)上，將新型防凍側(cè)開風(fēng)門安裝在靠近水泥風(fēng)道的風(fēng)筒處，該接入方法操作簡單，施工量小，成本低，密封效果好。安裝示意圖如圖3。

圖3 新型防凍側(cè)開風(fēng)門安裝示意圖

試驗(yàn)檢測到設(shè)備鋼絲繩的平均線速度為125.6 mm/s，現(xiàn)場檢測到防凍側(cè)開風(fēng)門的密封性能理想，風(fēng)門漏風(fēng)率小于4%，風(fēng)門各滑輪運(yùn)轉(zhuǎn)良好，通過鋼絲繩能帶動風(fēng)門正常啟閉。

4.2 應(yīng)用及效果分析

由圖3 可知，當(dāng)通風(fēng)系統(tǒng)1#和2#主通風(fēng)機(jī)需要進(jìn)行切換時(shí)，相應(yīng)的1#對開風(fēng)門和2#對開風(fēng)門需要進(jìn)行動作，但是因?yàn)槎窘Y(jié)冰問題導(dǎo)致通風(fēng)系統(tǒng)“一鍵倒機(jī)系統(tǒng)”無法使用，通風(fēng)系統(tǒng)安全隱患較為嚴(yán)重。在該通風(fēng)系統(tǒng)中增加了1#防凍側(cè)開風(fēng)門和2#防凍側(cè)開風(fēng)門后，對其進(jìn)行現(xiàn)場測試。

在該主通風(fēng)系統(tǒng)增設(shè)1#防凍側(cè)開風(fēng)門和2#防凍側(cè)開風(fēng)門后，進(jìn)一步完善了該通風(fēng)系統(tǒng)的功能。當(dāng)側(cè)開風(fēng)門或主通風(fēng)機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，可關(guān)閉左側(cè)的對開風(fēng)門隔絕風(fēng)流，方便維修人員進(jìn)入風(fēng)道開展維修工作。從現(xiàn)場調(diào)查結(jié)果顯示，開啟的風(fēng)門沒有結(jié)冰現(xiàn)象，但防凍側(cè)開風(fēng)門處有一定的結(jié)冰現(xiàn)象。

在該主通風(fēng)系統(tǒng)正常工作狀態(tài)下時(shí)，1#主通風(fēng)機(jī)采用抽出式通風(fēng)方法進(jìn)行通風(fēng)，2#主通風(fēng)機(jī)關(guān)閉，2#對空風(fēng)門和2#防凍風(fēng)門均處在關(guān)閉狀態(tài)，對通風(fēng)系統(tǒng)起到隔斷作業(yè)。當(dāng)1#主通風(fēng)機(jī)需要停機(jī)進(jìn)行檢修時(shí)，就必須切換到2#主通風(fēng)機(jī)進(jìn)行工作。從現(xiàn)場情況來看，該通風(fēng)系統(tǒng)在不停風(fēng)狀態(tài)下能順利完成切換工作。2#主通風(fēng)機(jī)工作，2#對空風(fēng)門和2#防凍風(fēng)門打開；同時(shí)1#主通風(fēng)機(jī)停止工作，1#對空風(fēng)門和1#防凍風(fēng)門處在關(guān)閉狀態(tài)。在切換過程中，因1#防凍風(fēng)門設(shè)置有加熱裝置，能有效地克服結(jié)冰問題，在一定時(shí)間內(nèi)能順利打開，保障通風(fēng)系統(tǒng)的安全。從整體應(yīng)用情況來看，自從安裝了1#防凍側(cè)開風(fēng)門和2#防凍側(cè)開風(fēng)門后，通風(fēng)系統(tǒng)能在10 min 之內(nèi)不停風(fēng)切換任務(wù)，符合煤礦通風(fēng)相關(guān)安全規(guī)程。防凍側(cè)開風(fēng)門的設(shè)計(jì)和應(yīng)用有效地解決了汾源煤業(yè)冬季主通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)門因結(jié)冰導(dǎo)致的“一鍵倒機(jī)系統(tǒng)”無法使用的問題，為企業(yè)創(chuàng)造了較好的安全經(jīng)濟(jì)效益。