孫 燕 趙曉娥

（山西省大同市同煤集團(tuán)馬脊梁礦，山西 大同 037002）

1 引言

在火災(zāi)治理中隔絕滅火法是常用的治理方法，主要是建造密閉墻切斷通過(guò)火區(qū)的空氣，進(jìn)而降低氧氣含量，達(dá)到滅火目的。密閉墻的建設(shè)過(guò)程中，火區(qū)進(jìn)、回風(fēng)側(cè)都需要進(jìn)行封閉，因此在密閉墻施工過(guò)程中和封閉通風(fēng)孔時(shí)會(huì)由于空氣成分的突變發(fā)生二次爆炸事故，造成人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。針對(duì)這一問(wèn)題，馬脊梁礦研制一種用于煤礦井下火災(zāi)遠(yuǎn)距離自動(dòng)封閉裝置是非常必要的。利用遠(yuǎn)距離自動(dòng)封閉裝置可以遠(yuǎn)距離的對(duì)通風(fēng)孔進(jìn)行封堵，快速封閉火區(qū)，消除了密閉墻建設(shè)過(guò)程中可能發(fā)生二次爆炸的隱患。

2 遠(yuǎn)距離自動(dòng)封閉裝置的研制

2.1 遠(yuǎn)距離自動(dòng)封閉裝置的設(shè)計(jì)思路

根據(jù)遠(yuǎn)距離自動(dòng)封閉裝置的功能要求，確定如下設(shè)計(jì)思路：

（1）確定好密閉門(mén)的機(jī)械構(gòu)件，保障封閉作業(yè)動(dòng)作的實(shí)施；

（2）確定好制動(dòng)氣缸，順利實(shí)現(xiàn)裝置的關(guān)門(mén)及鎖緊；

（3）選擇裝置的電控裝置，采用電信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)關(guān)門(mén)及鎖緊的氣動(dòng)動(dòng)力閥門(mén)的控制；

（4）對(duì)裝置進(jìn)行開(kāi)門(mén)、關(guān)門(mén)、閉鎖、解鎖等功能的調(diào)試。

2.2 遠(yuǎn)距離自動(dòng)封閉裝置的結(jié)構(gòu)分析

研制的新型遠(yuǎn)距離自動(dòng)封閉裝置是與災(zāi)區(qū)火災(zāi)密閉墻組合作業(yè)，從而實(shí)現(xiàn)其功能。施工時(shí)，先根據(jù)災(zāi)區(qū)火災(zāi)巷道砌筑一定尺度和厚度（≥500mm）的密閉墻，同時(shí)將密閉門(mén)裝置設(shè)置在密閉墻上，組合設(shè)置圖如圖1所示。密閉門(mén)由門(mén)框、門(mén)體、氣動(dòng)裝置、電控裝置、壓緊執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成。

2.2.1 門(mén)框的設(shè)計(jì)制作

從圖1中可以看出，密閉門(mén)門(mén)框是整體被砌筑在密閉墻之中，用槽鋼焊接；密閉門(mén)門(mén)體上的密封是通過(guò)壓緊機(jī)構(gòu)壓緊在密閉門(mén)的密封鋼板上，密封效果理想。密封鋼板背面內(nèi)邊緣處焊接壓緊楔塊，密封條通過(guò)壓緊楔塊壓緊在密封板上。門(mén)框和門(mén)體相關(guān)技術(shù)參數(shù)如表1所示。

圖1 遠(yuǎn)距離自動(dòng)封閉裝置設(shè)置圖

表1 門(mén)框和門(mén)體相關(guān)技術(shù)參數(shù)

2.2.2 門(mén)體的設(shè)計(jì)

密閉門(mén)門(mén)體必須具備相當(dāng)?shù)姆辣阅?，同時(shí)要求門(mén)體質(zhì)量較輕，才能保障密閉門(mén)的安裝過(guò)程簡(jiǎn)便迅速，實(shí)現(xiàn)對(duì)火區(qū)災(zāi)區(qū)的快速封閉。通過(guò)試驗(yàn)，選擇Q235A鋼板來(lái)對(duì)密閉門(mén)門(mén)體進(jìn)行制作，門(mén)體中間及周邊區(qū)域采用16b槽鋼進(jìn)行焊接加固，提高門(mén)體防爆性能。

2.2.3 壓緊裝置設(shè)計(jì)

以往密閉門(mén)門(mén)體與門(mén)框之間都是采用剛性連接居多，在該設(shè)計(jì)當(dāng)中調(diào)整剛性連接為柔性連接。該設(shè)計(jì)可以將密封條通過(guò)壓緊裝置采用多點(diǎn)壓緊的方式壓緊在門(mén)框上，密封效果好。壓緊裝置結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。

從圖2可知，壓緊楔塊被焊接在密封鋼板上，壓緊塊通過(guò)螺栓鉸接在門(mén)板上，整個(gè)機(jī)構(gòu)通過(guò)鎖緊氣缸活塞伸縮將動(dòng)力傳遞給小齒輪，再通過(guò)大齒輪、鉸接銷(xiāo)軸、連桿帶動(dòng)壓緊塊做逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。在這一過(guò)程當(dāng)中壓緊塊的轉(zhuǎn)動(dòng)會(huì)慢慢縮小門(mén)板與門(mén)框之間的距離，密封條的受壓進(jìn)一步增大，有效地增加了密封效果。

2.2.4 氣動(dòng)執(zhí)行裝置

該設(shè)備的氣動(dòng)控制裝置主要由開(kāi)關(guān)門(mén)氣缸、鎖緊氣缸、氣動(dòng)控制箱三大部分組成。

（1）氣源的選擇

馬脊梁礦井下可以提供兩種氣源。一是由該礦地面空壓機(jī)提供的0.8MPa氣源，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)距離的運(yùn)行后氣源壓力減小為0.5MPa；二是煤礦救護(hù)隊(duì)配備的高壓氧氣瓶可以做為氣缸氣源來(lái)使用，高壓氧氣瓶壓力可通過(guò)減壓閥減小為0.5～0.7MPa之間。在馬脊梁礦火災(zāi)的緊急救援作業(yè)中，由于地面空壓機(jī)氣源不太穩(wěn)定，一般采用高壓氧氣瓶來(lái)充當(dāng)氣缸氣源。

圖2 自動(dòng)封閉裝置密閉門(mén)壓緊裝置示意圖

（2）氣缸的選擇計(jì)算

根據(jù)裝置的實(shí)況，確定選擇JB320×800-B-S型氣缸型號(hào)，尺寸15mm×15mm，活塞桿Φ=30mm，缸徑d=80mn，按氣源壓力P=0.7MPa進(jìn)行計(jì)算：

氣缸最大推力：

F推=P·S=0.7 ×π×(80/2)2=3519N

氣缸最大拉力：

F拉=P·S=0.7 ×π×[(80/2)2-(30/2)2]=3024N

2.2.5 電氣控制裝置

按自動(dòng)封閉裝置的動(dòng)作技術(shù)要求配備電氣控制裝置。電氣控制初步設(shè)計(jì)完成后存在如下問(wèn)題：

（1）當(dāng)完成密閉門(mén)的關(guān)閉動(dòng)作后，假定火區(qū)有工作人員要經(jīng)過(guò)密閉門(mén)時(shí)，因關(guān)門(mén)氣缸和緊鎖氣缸沒(méi)有卸壓，無(wú)法從密閉門(mén)的另一側(cè)手動(dòng)打開(kāi)密閉門(mén)，必須從內(nèi)部打開(kāi)密閉門(mén)。

（2）氣缸容易推壞活塞桿與其連接的相應(yīng)構(gòu)件，導(dǎo)致故障發(fā)生頻繁。

對(duì)電氣控制裝置進(jìn)行了以下的調(diào)整和完善：對(duì)關(guān)門(mén)氣缸和緊鎖氣缸進(jìn)行卸壓，將PLC電氣控制裝置中的兩位五通電磁換向閥換成帶中位卸壓功能的三位五通電磁換向閥，調(diào)整PLC控制程序，就可以完成卸壓作業(yè)，改進(jìn)后在密閉門(mén)的另一側(cè)即可手動(dòng)打開(kāi)密閉門(mén)。在氣缸另一端安裝位置傳感器，調(diào)整PLC控制程序，可以有效地保障氣缸的動(dòng)作位置，不會(huì)推壞相應(yīng)零件。

3 遠(yuǎn)距離自動(dòng)封閉裝置的工作過(guò)程分析

遠(yuǎn)距離自動(dòng)封閉裝置研制完成后，按要求將其砌筑在密閉墻中，完成自動(dòng)封閉裝置的安裝工作。此時(shí)密閉門(mén)處在打開(kāi)狀態(tài)之下，繼續(xù)完成火災(zāi)巷道密閉墻的建設(shè)，保持火災(zāi)巷道的通風(fēng)狀態(tài)。當(dāng)密閉墻完成建造后，火災(zāi)事故救護(hù)隊(duì)及相關(guān)作業(yè)技術(shù)人員迅速撤離至安全距離250m之處的區(qū)域，操作遠(yuǎn)距離自動(dòng)封閉裝置的PLC電氣控制裝置，按下關(guān)門(mén)按鈕進(jìn)行關(guān)門(mén)動(dòng)作，PLC控制器收到相應(yīng)信號(hào)，發(fā)出指令，啟動(dòng)電磁換向閥向關(guān)門(mén)氣缸進(jìn)行供氣，關(guān)門(mén)氣缸活塞桿進(jìn)行收縮動(dòng)作，從而實(shí)現(xiàn)密閉門(mén)的關(guān)閉動(dòng)作。當(dāng)位置傳感器檢測(cè)到密閉門(mén)已到設(shè)定位置，發(fā)出相應(yīng)信號(hào)，PLC電氣控制裝置接受到信號(hào)停止供氣，完成了全部的關(guān)門(mén)動(dòng)作。

4 自動(dòng)封閉裝置試驗(yàn)演習(xí)

2018年10月，將最終研制的災(zāi)區(qū)遠(yuǎn)距離自動(dòng)封閉裝置在同煤集團(tuán)馬脊梁礦進(jìn)行了試驗(yàn)演習(xí)操作。模擬火災(zāi)發(fā)生后，由救援隊(duì)員在相應(yīng)區(qū)域?qū)⒚荛]門(mén)砌在密閉墻內(nèi)后，接通電氣設(shè)備，對(duì)遠(yuǎn)距離自動(dòng)封閉裝置的氣密性的操作性能進(jìn)行檢驗(yàn)。

4.1 遠(yuǎn)距離自動(dòng)封閉裝置氣密性試驗(yàn)

2018年10月，在同煤集團(tuán)馬脊梁礦進(jìn)行了試驗(yàn)演習(xí)操作，密閉門(mén)制作完成后，要對(duì)其進(jìn)行氣密性檢驗(yàn)試驗(yàn)。

（1）檢驗(yàn)要求

該裝置在（500±20）Pa的受壓狀態(tài)下泄壓速率應(yīng)≤350Pa/h。

（2）檢驗(yàn)位置

遠(yuǎn)距離自動(dòng)封閉裝置門(mén)體上旋轉(zhuǎn)部分和門(mén)體與門(mén)框之間的密封條的氣密性。

（3）檢驗(yàn)方法

自動(dòng)封閉裝置門(mén)框上固定一個(gè)密封箱；在密封箱一頭設(shè)置一個(gè)進(jìn)氣口，安裝閥門(mén)，接空壓機(jī)；在密封箱另一頭設(shè)置一個(gè)出氣口，安裝閥門(mén)，接U型壓差計(jì)。

（4）檢驗(yàn)前準(zhǔn)備工作

檢驗(yàn)前必須關(guān)閉密封箱的出氣口閥門(mén)，同時(shí)向箱體內(nèi)通氣，用刷子蘸一定量的肥皂水涂在連接處，進(jìn)行滲漏現(xiàn)象的檢驗(yàn)。無(wú)滲漏現(xiàn)象表明檢驗(yàn)裝置合格，可以正常使用。打開(kāi)出氣口閥門(mén)，觀察U型壓差計(jì)，壓力穩(wěn)定在（500±20）Pa，檢測(cè)結(jié)果表明1h內(nèi)氣壓下降量為100Pa，表明研制的遠(yuǎn)距離自動(dòng)封閉裝置氣密性合格。

4.2 遠(yuǎn)距離自動(dòng)封閉裝置操作演習(xí)試驗(yàn)

在演習(xí)過(guò)程中自動(dòng)封閉裝置的操作簡(jiǎn)單，在250m外遠(yuǎn)距離啟動(dòng)電動(dòng)控制按鈕能順利地實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)門(mén)的開(kāi)啟關(guān)閉動(dòng)作，反復(fù)操作五次都能完成預(yù)期設(shè)計(jì)要求，井下壓風(fēng)系統(tǒng)氣源和自帶的壓縮氧氣瓶氣源均能使用。操作演習(xí)試驗(yàn)達(dá)到設(shè)計(jì)要求，能夠?qū)崿F(xiàn)各項(xiàng)功能。