大柳塔煤礦新型自動(dòng)化風(fēng)門(mén)的應(yīng)用

孫祺鈺

(神東煤炭集團(tuán)大柳塔煤礦，陜西 神木 719315)

0 引言

大柳塔煤礦是國(guó)家能源集團(tuán)神東煤炭公司下屬的一座特大型現(xiàn)代化礦井，由大柳塔井和活雞兔井組成。地處陜西省神木市境內(nèi)大柳塔鎮(zhèn)南端的烏蘭木倫河畔，行政區(qū)劃隸屬神木市大柳塔鎮(zhèn)管轄。

大柳塔井田東西長(zhǎng)10.5～13.9 km，南北寬9.1～10.5 km，面積126.8 km2，核定生產(chǎn)能力1 800萬(wàn)t/a。活雞兔井田東西長(zhǎng)1.8～10.8 km，南北寬4.2～9.6 km，面積約為63.8 km2，核定生產(chǎn)能力1 500萬(wàn)t/a。

大柳塔煤礦采用無(wú)盤(pán)區(qū)、多通道、條帶式開(kāi)拓方式，無(wú)軌膠輪車輔助運(yùn)輸，因此，在回風(fēng)順槽口處需要安裝行車風(fēng)門(mén)，保證運(yùn)輸設(shè)備(車輛)安全、快速通過(guò)，目前大柳塔煤礦兩井井下在用行車風(fēng)門(mén)有28處。

1 礦井風(fēng)門(mén)設(shè)置原因及要求

回風(fēng)井之間和主要進(jìn)、回風(fēng)巷之間的每條聯(lián)絡(luò)巷中，必須砌筑永久性風(fēng)墻，需要使用的聯(lián)絡(luò)巷，必須安設(shè)二道聯(lián)鎖的正向風(fēng)門(mén)和二道反向風(fēng)門(mén)[1-3]。

風(fēng)門(mén)不允許風(fēng)流通過(guò)，但是需要行人或行車的巷道內(nèi)，必須設(shè)置風(fēng)門(mén)。風(fēng)門(mén)要求封閉嚴(yán)密，不漏風(fēng)，保證礦井通風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠，滿足礦井安全生產(chǎn)需要。風(fēng)門(mén)保證開(kāi)關(guān)自如，保證人員及車輛安全通過(guò)。

大柳塔煤礦綜采工作面安裝、回采期間必須從回風(fēng)順槽、運(yùn)輸順槽內(nèi)進(jìn)入車輛搬運(yùn)設(shè)備，因此，在工作面巷道布置時(shí)，2條順槽均與輔運(yùn)大巷相連通，這樣綜采工作面形成后，必須在回風(fēng)順槽與輔運(yùn)大巷貫通處安裝行車及行人風(fēng)門(mén)(圖1)。傳統(tǒng)形成風(fēng)門(mén)為木質(zhì)制作，人工開(kāi)啟，一方面木質(zhì)風(fēng)門(mén)在井下潮濕的環(huán)境中容易發(fā)生變形，易造成風(fēng)門(mén)漏風(fēng)，另一方面人工開(kāi)啟風(fēng)門(mén)時(shí)過(guò)往車輛較多，存在較大安全隱患。

圖1 綜采工作面巷道布置圖

2 礦井風(fēng)門(mén)分類及自動(dòng)風(fēng)門(mén)組成

按照類別分類可分為手動(dòng)風(fēng)門(mén)和自動(dòng)風(fēng)門(mén)；按照開(kāi)啟動(dòng)力分類可分為電動(dòng)風(fēng)門(mén)、氣動(dòng)風(fēng)門(mén)[4]；按照開(kāi)啟順序分類可分為平衡風(fēng)門(mén)、對(duì)開(kāi)風(fēng)門(mén)、推拉風(fēng)門(mén)；按照開(kāi)啟方式分類可分為同一方向開(kāi)啟，前后方向開(kāi)啟。

其中，新型自動(dòng)風(fēng)門(mén)每組由四扇風(fēng)門(mén)門(mén)體組成，每?jī)缮蕊L(fēng)門(mén)門(mén)體組成一道風(fēng)門(mén)，每扇風(fēng)門(mén)門(mén)體大小相等，四周為風(fēng)門(mén)門(mén)框，門(mén)框鑲嵌在磚墻內(nèi)，保證風(fēng)門(mén)開(kāi)關(guān)期間穩(wěn)定。

自動(dòng)風(fēng)門(mén)由風(fēng)門(mén)門(mén)體、門(mén)框、動(dòng)力源及控制系統(tǒng)3部分組成，動(dòng)力源分為電力驅(qū)動(dòng)和利用壓風(fēng)管路風(fēng)壓驅(qū)動(dòng)[5]。目前，大柳塔煤礦多數(shù)風(fēng)門(mén)為利用壓風(fēng)管路驅(qū)動(dòng)，因此氣動(dòng)風(fēng)門(mén)使用較多。控制系統(tǒng)均設(shè)置有電控氣動(dòng)、氣動(dòng)、手動(dòng)3種開(kāi)啟方式，在自動(dòng)控制出現(xiàn)故障的情況下，均可采用人工操作控制箱，開(kāi)關(guān)風(fēng)門(mén)，保證過(guò)往車輛和行人安全通過(guò)。氣動(dòng)風(fēng)門(mén)還安裝有蓄電池，在動(dòng)力電源停電檢修的情況下，可利用蓄電池對(duì)控制系統(tǒng)供電，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)風(fēng)門(mén)全天候正常開(kāi)關(guān)。同時(shí)自動(dòng)風(fēng)門(mén)還安裝有語(yǔ)音報(bào)警系統(tǒng)，在車輛進(jìn)入時(shí)，語(yǔ)音報(bào)警電話提醒駕駛員注意事項(xiàng)。

3 不同風(fēng)門(mén)運(yùn)行方式

3.1 氣動(dòng)風(fēng)門(mén)運(yùn)行操作方式說(shuō)明

氣動(dòng)風(fēng)門(mén)運(yùn)行方式分為電控氣動(dòng)、氣動(dòng)、手動(dòng)，閉鎖方式分為電控、氣控、機(jī)械。圖2為氣動(dòng)風(fēng)門(mén)安裝圖，自動(dòng)時(shí)，當(dāng)行人或行車時(shí)，A、B等2組平衡風(fēng)門(mén)均關(guān)閉；顯示裝置顯示萬(wàn)年歷，行人或行車使用燈光照射開(kāi)門(mén)申請(qǐng)開(kāi)關(guān)(4 s內(nèi)3次)，風(fēng)門(mén)開(kāi)啟后微波傳感器探測(cè)風(fēng)門(mén)周邊物體，同時(shí)B平衡風(fēng)門(mén)氣動(dòng)“閉鎖”，風(fēng)門(mén)申請(qǐng)開(kāi)關(guān)及氣控按鈕無(wú)效；待行車通過(guò)并檢測(cè)周圍無(wú)物體活動(dòng)時(shí)，A風(fēng)門(mén)延時(shí)10 s自動(dòng)關(guān)閉，B平衡風(fēng)門(mén)自動(dòng)解鎖，恢復(fù)“通行”，方可申請(qǐng)開(kāi)門(mén)通過(guò)。氣動(dòng)時(shí)，手動(dòng)氣動(dòng)按鈕操作風(fēng)門(mén)啟閉，確定風(fēng)門(mén)關(guān)閉后方可離開(kāi)。

圖2 氣動(dòng)風(fēng)門(mén)安裝圖

手動(dòng)時(shí)，先確認(rèn)平衡風(fēng)門(mén)目前工作狀態(tài)，行人遵循右側(cè)通行，左手拉，右手推方式打開(kāi)平衡風(fēng)門(mén)，通過(guò)兩道平衡風(fēng)門(mén)后，確認(rèn)是否關(guān)閉。

3.2 電動(dòng)平衡風(fēng)門(mén)運(yùn)行操作方式

風(fēng)門(mén)本體結(jié)構(gòu)為四連桿力系平衡系統(tǒng)，它將作用于風(fēng)門(mén)的風(fēng)力轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N系統(tǒng)內(nèi)力。開(kāi)關(guān)門(mén)時(shí)，作用在兩扇風(fēng)門(mén)上的風(fēng)力相互平衡，在平衡桿上形成一對(duì)大小相等、方向相反的等值力矩，變傳統(tǒng)的單向開(kāi)啟為異向開(kāi)啟。為使風(fēng)門(mén)能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)關(guān)閉，在連桿側(cè)設(shè)置配重裝置。當(dāng)重錘產(chǎn)生的力矩大于或等于系統(tǒng)的摩擦力矩時(shí)，就可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)關(guān)閉[6-7]。

風(fēng)門(mén)可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，手動(dòng)按鈕開(kāi)閉及人工開(kāi)閉。每道門(mén)在其中的一扇門(mén)體上裝有人行便門(mén)，以便單人行走通過(guò)。風(fēng)門(mén)開(kāi)啟驅(qū)動(dòng)是由電液推桿產(chǎn)生的拉力來(lái)實(shí)現(xiàn)。風(fēng)門(mén)關(guān)閉時(shí)，電液推桿電機(jī)反向運(yùn)動(dòng)，風(fēng)門(mén)靠配重產(chǎn)生的動(dòng)力來(lái)關(guān)閉。

每道風(fēng)門(mén)設(shè)為兩道門(mén)，每道風(fēng)門(mén)采用平衡對(duì)開(kāi)式，由電液推桿牽引風(fēng)門(mén)門(mén)體。門(mén)體的開(kāi)閉采用行程開(kāi)關(guān)檢測(cè)，兩道風(fēng)門(mén)相互閉鎖。

3.3 電動(dòng)推拉風(fēng)門(mén)運(yùn)行操作方式

每套風(fēng)門(mén)設(shè)為兩道門(mén)，每道風(fēng)門(mén)采用水平推拉式開(kāi)閉，由電動(dòng)機(jī)經(jīng)減速器帶動(dòng)摩擦輪驅(qū)動(dòng)鋼絲繩牽引風(fēng)門(mén)門(mén)體。門(mén)體的開(kāi)閉狀態(tài)采用行程開(kāi)關(guān)檢測(cè)，每道風(fēng)門(mén)互相閉鎖。風(fēng)門(mén)可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制開(kāi)閉，手動(dòng)按鈕開(kāi)閉及人工開(kāi)閉。

自動(dòng)控制系統(tǒng)由PLC可編程控制器，各種傳感器，檢測(cè)裝置等組成。風(fēng)門(mén)的開(kāi)啟操作申請(qǐng)信號(hào)來(lái)自光敏傳感裝置，每道門(mén)設(shè)有兩道光敏傳感裝置(安裝于門(mén)體表面)，一套供頭燈照射申請(qǐng)開(kāi)門(mén)，另一套供車燈脈沖照射申請(qǐng)開(kāi)門(mén)。采用脈沖照射是為了避免其他非開(kāi)門(mén)光源而造成系統(tǒng)誤動(dòng)作。除此之外，還設(shè)置了手動(dòng)開(kāi)門(mén)按鈕，也同樣可以申請(qǐng)開(kāi)門(mén)。這幾種互為或的關(guān)系，通過(guò)PLC編程控制器實(shí)現(xiàn)。自動(dòng)狀態(tài)下，風(fēng)門(mén)關(guān)閉靠PLC定時(shí)(據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況設(shè)定)控制，即風(fēng)門(mén)開(kāi)啟后延時(shí)一段時(shí)間自動(dòng)關(guān)閉。兩道風(fēng)門(mén)相互閉鎖，也就是說(shuō)同一時(shí)刻只允許一道風(fēng)門(mén)處于打開(kāi)狀態(tài)，而另一道風(fēng)門(mén)無(wú)論是否有開(kāi)門(mén)申請(qǐng)信號(hào)都處于關(guān)閉狀態(tài)。風(fēng)門(mén)的開(kāi)閉狀態(tài)采用接近開(kāi)關(guān)檢測(cè)，信號(hào)傳輸給PLC可編程控制器。

4 新型自動(dòng)風(fēng)門(mén)優(yōu)缺點(diǎn)

推拉平衡風(fēng)門(mén)安裝前需要開(kāi)挖硐室，開(kāi)挖硐室量比較大，人工開(kāi)挖硐室工作量比較大，人工開(kāi)挖4個(gè)硐室，開(kāi)挖時(shí)間較長(zhǎng)，大約需要30 d。設(shè)備配件及控制系統(tǒng)比較多，比較笨重，同時(shí)風(fēng)門(mén)門(mén)體重，安裝工序復(fù)雜，安裝需要時(shí)間長(zhǎng)，大約需要7 d。

推拉平衡風(fēng)門(mén)門(mén)體由雙層3 mm厚鋼板加槽鋼框架制作，整體結(jié)構(gòu)全部為鋼材機(jī)構(gòu)，能承受較大壓差，風(fēng)門(mén)承受壓差為15 993.6 Pa(即120 mmHg)，過(guò)往車輛輕微碰撞風(fēng)門(mén)門(mén)體，不會(huì)影響風(fēng)門(mén)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，適用于巷道服務(wù)年限超過(guò)10年的區(qū)域。

氣動(dòng)風(fēng)門(mén)安裝簡(jiǎn)單，安裝前不需要開(kāi)挖硐室，風(fēng)門(mén)門(mén)體由400 mm竹膠板制作，風(fēng)門(mén)全部結(jié)構(gòu)為木質(zhì)結(jié)構(gòu)，安裝時(shí)不需要開(kāi)挖硐室，控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單、輕便，方便搬運(yùn)，安裝需要時(shí)間短，整體安裝大約需要3天時(shí)間，安裝、拆卸比較方面。

氣動(dòng)風(fēng)門(mén)因?yàn)槭悄举|(zhì)結(jié)構(gòu)制作，過(guò)往車輛一旦剮蹭風(fēng)門(mén)門(mén)體或者門(mén)框，風(fēng)門(mén)將會(huì)徹底無(wú)法正常運(yùn)轉(zhuǎn)，需要重新更換風(fēng)門(mén)門(mén)體或門(mén)框，該類型風(fēng)門(mén)適用于服務(wù)時(shí)間短的巷道，一般服務(wù)年限不超過(guò)一年的巷道，壓差小的巷道口處。

5 結(jié)語(yǔ)

目前，大柳塔煤礦井下所有行車風(fēng)門(mén)全部實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化改造，告別人工手動(dòng)開(kāi)關(guān)風(fēng)門(mén)的傳統(tǒng)模式，實(shí)現(xiàn)了風(fēng)門(mén)的無(wú)人值守。通過(guò)技術(shù)人員長(zhǎng)期研究，針對(duì)不同區(qū)域研制出切合實(shí)際的自動(dòng)風(fēng)門(mén)，在風(fēng)壓差大于60 Pa的巷道內(nèi)安裝電動(dòng)推拉風(fēng)門(mén)，在風(fēng)壓差小于60 Pa的巷道內(nèi)安裝氣動(dòng)平衡風(fēng)門(mén)。這樣一方面保證輔助運(yùn)輸車輛人員安全，同時(shí)可以降低照看行車風(fēng)門(mén)人工費(fèi)用。目前，大柳塔煤礦全年降低人工開(kāi)啟風(fēng)門(mén)費(fèi)用約200萬(wàn)元，隨著礦井水平延伸，開(kāi)始向深部開(kāi)采，系統(tǒng)會(huì)更加復(fù)雜，巷道內(nèi)安裝的自動(dòng)風(fēng)門(mén)將會(huì)增加許多，自動(dòng)風(fēng)門(mén)的作用效果就會(huì)更加明顯。