基于激光感應(yīng)全自動(dòng)風(fēng)門在斜巷中的應(yīng)用

黃曉偉

（山西焦煤霍州煤電安全監(jiān)管中心，山西 霍州 031400）

1 工程概況

山西焦煤霍州煤電集團(tuán)汾源煤業(yè)位于山西省靜樂縣杜家村鎮(zhèn)，井田面積12.698 6 km2，保有資源儲(chǔ)量為20 265 萬(wàn)t，設(shè)計(jì)可采儲(chǔ)量5873 萬(wàn)t，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力120 萬(wàn)t/a。汾源煤業(yè)采用斜井單水平開拓方式，主斜井采用帶式輸送機(jī)進(jìn)行提升，輔助運(yùn)輸方式采用無(wú)軌膠輪車，煤礦地面至井下各工作面設(shè)備材料均采用無(wú)軌膠輪車進(jìn)行直達(dá)運(yùn)輸。副斜井井筒為緩坡布置，凈寬4.5 m，凈斷面14.70 m2，井筒斜長(zhǎng)L=2802 m，傾角α=10°，井口砌碹支護(hù)，其余為錨網(wǎng)噴支護(hù)。副斜井擔(dān)負(fù)礦井矸石、材料設(shè)備、人員運(yùn)送任務(wù)等輔助提升任務(wù)，同時(shí)副斜井也兼作礦井的進(jìn)風(fēng)井和安全出口。

為有效控制副斜井風(fēng)量大小、方向及漏風(fēng)情況，保障輔助運(yùn)輸車輛順利通行，在副斜井2439 m 處設(shè)置有兩道鐵質(zhì)風(fēng)門，鐵質(zhì)風(fēng)門距離為30 m。在鐵質(zhì)風(fēng)門處設(shè)置有風(fēng)門啟閉崗，有專門的工人來(lái)開啟和關(guān)閉風(fēng)門。從之前的情況來(lái)看，鐵質(zhì)風(fēng)門啟閉過(guò)程勞動(dòng)強(qiáng)度大，自動(dòng)化和智能化水平較低。當(dāng)副斜井中的輔助運(yùn)輸車輛需通行時(shí)，必須通知崗位員工進(jìn)行操作。副斜井輔助運(yùn)輸全部采用無(wú)軌膠輪車運(yùn)輸，副斜井車輛通行流量大，崗位工作人員工作時(shí)間長(zhǎng)，人工開啟導(dǎo)致其勞動(dòng)強(qiáng)度大。由于副斜井坡度高達(dá)10°，嚴(yán)重影響到司機(jī)的行車安全。

2019 年11 月至2020 年10 月的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，運(yùn)輸車輛因失控發(fā)生6 起撞擊鐵質(zhì)風(fēng)門事故，撞擊事故造成15 位工人輕傷，同時(shí)車輛及風(fēng)門設(shè)施的維修費(fèi)用共90 多萬(wàn)元，造成煤礦通風(fēng)系統(tǒng)存在安全隱患。針對(duì)汾源煤業(yè)車輛在副斜井通風(fēng)鐵質(zhì)風(fēng)門通行中存在的多種安全問(wèn)題，設(shè)計(jì)一種新型基于全自動(dòng)激光感應(yīng)的風(fēng)門[1-6]。該風(fēng)門能有效實(shí)現(xiàn)風(fēng)門啟閉的全自動(dòng)化作業(yè)，風(fēng)門啟閉過(guò)程的安全性和可靠性較高，設(shè)備的運(yùn)行自動(dòng)化和智能化程度高。

2 基于激光感應(yīng)的全自動(dòng)風(fēng)門的設(shè)計(jì)

2.1 風(fēng)門結(jié)構(gòu)

設(shè)計(jì)的基于激光感應(yīng)的全自動(dòng)風(fēng)門結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括1#單門體、2#單風(fēng)門體、風(fēng)門主體、機(jī)電硐室、操作硐室、聯(lián)鎖開關(guān)、液壓操縱桿、風(fēng)門收縮硐室、人行通道風(fēng)門、滑道、旋轉(zhuǎn)齒輪、激光傳感器、PLC 控制箱等結(jié)構(gòu)和部件。

圖1 激光感應(yīng)全自動(dòng)風(fēng)門結(jié)構(gòu)示意圖

該基于激光感應(yīng)的全自動(dòng)風(fēng)門設(shè)計(jì)中，每道風(fēng)門主體均采用2 道單獨(dú)門體組成，單獨(dú)門體寬度設(shè)置為2.8 m，2 道單獨(dú)門體總寬可達(dá)5.6 m，2 道單獨(dú)門體之間能進(jìn)行重疊及相互平移，保障車輛的安全通行。

設(shè)計(jì)的風(fēng)門收縮硐室主要是風(fēng)門開啟時(shí)容納風(fēng)門，尺寸設(shè)計(jì)：寬×深×高=1.2 m×2.6 m×5.0 m。風(fēng)門收縮硐室口位置安設(shè)有防夾人激光感應(yīng)裝置，通過(guò)激光感應(yīng)，確保當(dāng)風(fēng)門處有行人被風(fēng)門夾住時(shí)，會(huì)自動(dòng)開啟風(fēng)門，保障行人通行安全。風(fēng)門收縮硐室內(nèi)部安設(shè)有風(fēng)門驅(qū)動(dòng)裝置及液壓操縱桿，是實(shí)現(xiàn)風(fēng)門啟閉的動(dòng)力，驅(qū)動(dòng)裝置對(duì)液壓操縱桿進(jìn)行推動(dòng)及自動(dòng)回位來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)門的啟閉動(dòng)作。

激光感應(yīng)器的激光發(fā)射器部件安裝在距風(fēng)門外12 m 位置巷幫上，與巷道底板保持1.6 m 高度；接收器部件與系統(tǒng)PLC 控制箱連接，采用PLC 控制箱對(duì)信號(hào)進(jìn)行集中分析和處理，按設(shè)置的方案針對(duì)性發(fā)布動(dòng)作指令，保障風(fēng)門的全自動(dòng)啟閉。

在副斜井頂板、底板分別安設(shè)1 根長(zhǎng)度5.6 m的滑道，錨桿固定，風(fēng)門門體通過(guò)滑輪與滑道連接固定。該設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)風(fēng)門門體在滑道內(nèi)自由運(yùn)行。

2.2 風(fēng)門工作原理分析

（1）當(dāng)運(yùn)輸車輛運(yùn)行至距風(fēng)門12 m 位置時(shí)，激光感應(yīng)器采集信息，將車輛到達(dá)信息傳送給PLC控制箱。

（2）PLC 控制箱對(duì)接收到的車輛到達(dá)信息經(jīng)過(guò)處理，發(fā)布風(fēng)門“開啟”指令，動(dòng)力驅(qū)動(dòng)裝置動(dòng)作，液壓操縱桿將風(fēng)門門體拉入到風(fēng)門收縮硐室，進(jìn)而完成風(fēng)門“開啟”。

（3）第一道風(fēng)門開啟同時(shí)，PLC 控制箱+聯(lián)鎖開關(guān)對(duì)第二道風(fēng)門進(jìn)行閉鎖，從而保障通行安全。當(dāng)車輛完全進(jìn)入第一道風(fēng)門后，激光感應(yīng)器將車輛進(jìn)入信息傳遞至PLC 控制箱+聯(lián)鎖開關(guān)，進(jìn)而發(fā)布第一道風(fēng)門“關(guān)閉”指令。此時(shí)風(fēng)門驅(qū)動(dòng)裝置斷電，風(fēng)門自動(dòng)復(fù)位，完成風(fēng)門“關(guān)閉”。

（4）第一道風(fēng)門關(guān)閉后，PLC 控制箱+聯(lián)鎖開關(guān)對(duì)第二道風(fēng)門發(fā)布“開啟”指令，在對(duì)第二道風(fēng)門進(jìn)行開啟的過(guò)程同時(shí)對(duì)第一道風(fēng)門進(jìn)行閉鎖，保障車輛通行安全。

（5）當(dāng)車輛駛出第二道風(fēng)門后，PLC 控制箱+聯(lián)鎖開關(guān)對(duì)第二道風(fēng)門驅(qū)動(dòng)裝置斷電，風(fēng)門在液壓作用下進(jìn)行自動(dòng)復(fù)位。

（6）風(fēng)門在關(guān)閉過(guò)程當(dāng)中，如發(fā)生車輛及行人在無(wú)指令情況下強(qiáng)行通過(guò)風(fēng)門時(shí)，風(fēng)門收縮硐室口設(shè)置的防夾人激光感應(yīng)裝置將采集到的信息傳遞到PLC 控制系統(tǒng)，PLC 控制箱+聯(lián)鎖開關(guān)即對(duì)相應(yīng)風(fēng)門發(fā)布“開啟”指令，打開風(fēng)門，讓車輛及行人安全通過(guò)，保障車輛不會(huì)與風(fēng)門發(fā)生碰撞事故，有效地保障了煤礦井下活動(dòng)的安全。

3 實(shí)踐應(yīng)用及效果分析

2020 年10 月1 日至2020 年11 月30 日，汾源煤業(yè)技改科對(duì)該煤礦副斜井原鐵質(zhì)風(fēng)門完成了基于激光感應(yīng)的全自動(dòng)風(fēng)門的安全改造項(xiàng)目，激光感應(yīng)全自動(dòng)風(fēng)門安裝調(diào)試并于2020 年12 月投入到實(shí)踐應(yīng)用當(dāng)中。從2020 年12 月至今，副斜井安裝的基于激光感應(yīng)全自動(dòng)風(fēng)門已正常運(yùn)行1 年之久，基于激光感應(yīng)全自動(dòng)風(fēng)門整體運(yùn)行正常，能正常實(shí)現(xiàn)風(fēng)門的全自動(dòng)啟閉，車輛及行人能按要求通行風(fēng)門，應(yīng)用效果理想。

基于激光感應(yīng)全自動(dòng)風(fēng)門在汾源煤業(yè)副斜井中的應(yīng)用具有以下優(yōu)點(diǎn)：風(fēng)門啟閉自動(dòng)化及智能化程度高；現(xiàn)場(chǎng)不需要工作人員輔助，可撤銷風(fēng)門操作崗位，實(shí)現(xiàn)風(fēng)門位置無(wú)人值守，減人降耗效果顯著；降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度；降低了車輛碰撞事故發(fā)生率。

基于激光感應(yīng)全自動(dòng)風(fēng)門在汾源煤業(yè)副斜井中應(yīng)用后，在風(fēng)門位置無(wú)一起車輛與風(fēng)門碰撞安全事故發(fā)生，車輛通行的安全性和可靠性較好。對(duì)比之前，基于激光感應(yīng)全自動(dòng)風(fēng)門的改造應(yīng)用可節(jié)約人力成本28 萬(wàn)元/年，節(jié)約車輛及風(fēng)門維修費(fèi)用33萬(wàn)元/年，每年可為企業(yè)創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益61 萬(wàn)元，經(jīng)濟(jì)效益顯著。