趙艷飛

（西山煤電集團(tuán)有限公司，山西 古交 030200）

引言

礦用自動(dòng)風(fēng)門主要用于礦井通風(fēng)系統(tǒng)中行人過車較為頻繁的采區(qū)巷道及主要巷道。在煤礦井下發(fā)生事故時(shí)，由該事故直接造成的傷亡僅占一小部分，而絕大部分是由于風(fēng)流中的有毒有害氣體導(dǎo)致的傷亡，因此控風(fēng)設(shè)施和決策支持系統(tǒng)在應(yīng)急救援中的作用越來越重要。本文首先分析總結(jié)了災(zāi)變時(shí)期風(fēng)流紊亂的基本表現(xiàn)形式，風(fēng)流紊亂熱力分布及基本控風(fēng)措施等理論基礎(chǔ)，提出了災(zāi)變時(shí)期防止災(zāi)害擴(kuò)大化的基本控風(fēng)原則。而風(fēng)流短路和局部區(qū)域反風(fēng)的風(fēng)流控制方法需要預(yù)先在巷道中設(shè)置常開常閉風(fēng)門組實(shí)現(xiàn)風(fēng)流控制。本文將常開常閉風(fēng)門組和監(jiān)控分站定義為控風(fēng)設(shè)施，其與地面上位機(jī)和地面中心站組成控風(fēng)決策支持系統(tǒng)。其以風(fēng)流短路法為控風(fēng)思想，達(dá)到了防止膠帶巷火災(zāi)產(chǎn)生的有毒有害氣體侵入工作區(qū)域的救災(zāi)目的。

1 項(xiàng)目概況

遠(yuǎn)程控風(fēng)設(shè)施作為控風(fēng)決策支持系統(tǒng)中的執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括機(jī)械結(jié)構(gòu)和監(jiān)控分站兩方面，設(shè)計(jì)研究了一種新型壓力平衡風(fēng)門作為控風(fēng)決策支持系統(tǒng)中的控風(fēng)設(shè)施，其機(jī)械結(jié)構(gòu)主要包括傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和機(jī)械閉鎖裝置兩個(gè)核心模塊。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)由鏈、桿、傳動(dòng)輪和兩個(gè)氣缸組成，動(dòng)力氣缸作用于傳動(dòng)桿上使風(fēng)門異向同步開啟，在關(guān)門過程中緩沖氣缸起緩沖作用使關(guān)門平穩(wěn)，而機(jī)械閉鎖裝置能夠在災(zāi)變時(shí)期被解除達(dá)到救災(zāi)目的。并對實(shí)現(xiàn)其遠(yuǎn)程控制的監(jiān)控分站硬件、輸入輸出設(shè)備做了設(shè)計(jì)和選型，對控制核心PLC地址和程序做了分配和編寫。采用了線性和模塊化相結(jié)合的編程思想，用以轉(zhuǎn)換為中心的順序功能圖程序設(shè)計(jì)法對PLC 軟件進(jìn)行了編程設(shè)計(jì)。縱觀煤礦自動(dòng)風(fēng)門的發(fā)展歷史和目前的應(yīng)用情況，研究一種全新的自動(dòng)風(fēng)門勢在必行[1-3]。

2 新型自動(dòng)風(fēng)門特點(diǎn)

2.1 門體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

井下負(fù)壓較大，風(fēng)門作為隔斷風(fēng)流的通風(fēng)設(shè)施，往往開啟費(fèi)力，而關(guān)門過程重由于負(fù)壓作用關(guān)門過快易傷過往行人。而基于風(fēng)壓平衡原理的風(fēng)壓平衡風(fēng)門實(shí)現(xiàn)了兩扇風(fēng)門異向同步開啟，將風(fēng)壓轉(zhuǎn)換成傳動(dòng)裝置的內(nèi)力，無論自動(dòng)手動(dòng)模式，有開啟平穩(wěn)等優(yōu)點(diǎn)。因而遠(yuǎn)程控風(fēng)設(shè)施門體結(jié)構(gòu)采用異向同步啟閉的壓力平衡風(fēng)門。

2.2 執(zhí)行機(jī)構(gòu)特點(diǎn)

井下壓氣系統(tǒng)使用方便，以壓氣為風(fēng)門開閉提供動(dòng)力源，氣缸將壓氣動(dòng)力轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，實(shí)現(xiàn)風(fēng)門啟閉。自動(dòng)風(fēng)門工作模式時(shí)，使用二位五通電磁閥切換氣流方向，執(zhí)行開關(guān)門動(dòng)作。

2.3 控制核心特點(diǎn)

采用SIEMENS S7-200 PLC 可編程序控制器作為控制主機(jī)。由于PLC的高可靠性和特別適用于過程控制的特點(diǎn)，目前被煤礦自動(dòng)風(fēng)門廣泛采用。

2.4 機(jī)械閉鎖裝置特點(diǎn)

機(jī)械閉鎖裝置無論處于自動(dòng)或手動(dòng)模式要求能夠?qū)崿F(xiàn)避免同時(shí)開啟兩道風(fēng)門造成通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)流短路的功能。

3 自動(dòng)風(fēng)門結(jié)構(gòu)構(gòu)造

現(xiàn)有壓力平衡風(fēng)門實(shí)現(xiàn)異向同步開閉的裝置穩(wěn)定差、風(fēng)門關(guān)閉過快、易傷過往行人和損壞風(fēng)門，且在控風(fēng)決策支持系統(tǒng)中需要兩道風(fēng)門同時(shí)開啟時(shí)不能解除機(jī)械閉鎖使得兩道風(fēng)門同時(shí)開啟。鑒于以上普通風(fēng)門的不足及不能滿足在特定情況控制風(fēng)流要求，設(shè)計(jì)研究了一種既能手動(dòng)開啟又能應(yīng)用于控風(fēng)決策支持系統(tǒng)中遠(yuǎn)程控制兩道門同時(shí)開啟的礦用自動(dòng)風(fēng)門。因此提出了礦用自動(dòng)風(fēng)門的三維初步設(shè)計(jì)如下頁圖1。

圖1 礦用自動(dòng)風(fēng)門三維初步設(shè)計(jì)

礦用自動(dòng)風(fēng)門結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖2 所示，主要由傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、門框、閉鎖箱、閉鎖三角塊、恢復(fù)閉鎖限位彈簧、重錘、閉鎖失效動(dòng)作氣缸、傳動(dòng)輪、鏈條、傳動(dòng)桿、門軸、動(dòng)力氣缸、缸桿連接件、門開到位擋板、緩沖氣缸、缸桿連接件、門扇組成。

圖2 礦用自動(dòng)風(fēng)門結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

4 礦用自動(dòng)風(fēng)門模塊設(shè)計(jì)

機(jī)械產(chǎn)品的模塊化設(shè)計(jì)要在滿足功能要求的前提下，盡量以少量的模塊組成需要的機(jī)械產(chǎn)品。并且使各個(gè)模塊的連接容易方便，模塊化設(shè)計(jì)的本質(zhì)就是模塊的獨(dú)立性和模塊的系統(tǒng)性，當(dāng)機(jī)械故障發(fā)生時(shí)僅僅限制于某些模塊，不會(huì)影響系統(tǒng)的整體功能，且各個(gè)模塊由于連接簡單實(shí)現(xiàn)機(jī)械產(chǎn)品的整體功能，使得故障發(fā)生后模塊容易從系統(tǒng)中分離，方便于安裝和后期維護(hù)。

礦用自動(dòng)風(fēng)門的各個(gè)模塊傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與門框、門扇實(shí)現(xiàn)了風(fēng)門啟閉的整體功能，模塊結(jié)構(gòu)包括風(fēng)門門框、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、門扇、門軸、機(jī)械閉鎖裝置六部分，保證了安裝過程中的簡單可行。當(dāng)風(fēng)門的某一部分有故障時(shí)僅限于對此模塊的維修，并且各個(gè)模塊拆卸簡單，機(jī)械配件易于更換[4-6]。

4.1 門框和傳動(dòng)裝置

礦用自動(dòng)風(fēng)門門框結(jié)構(gòu)如圖3 所示。門框較為簡單地設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了無壓平衡風(fēng)門其他模塊結(jié)構(gòu)在門框上的固定。僅需要將門框固定好后把實(shí)現(xiàn)風(fēng)門異向同步開啟的傳動(dòng)裝置固定到門框上方即可。

圖3 礦用自動(dòng)風(fēng)門門框結(jié)構(gòu)

4.2 門扇與門軸

每一個(gè)門扇上固定兩個(gè)門軸，門軸與門扇上連接門軸的相應(yīng)位置相固定。門扇上方的門軸與傳動(dòng)裝置內(nèi)部的傳動(dòng)輪相嵌入，使得傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中的傳動(dòng)輪可以帶動(dòng)門軸使門扇呈90°轉(zhuǎn)動(dòng)開啟，組成了其中一道風(fēng)門。救災(zāi)無壓平衡風(fēng)門的模塊化設(shè)計(jì)使得無壓平衡風(fēng)門安裝過程及后期維護(hù)維修簡單方便，可操作性強(qiáng)。門扇和門軸如圖4 所示。

圖4 門扇和門軸

5 自動(dòng)風(fēng)門傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

礦用自動(dòng)風(fēng)門實(shí)現(xiàn)兩個(gè)門扇異向同步開啟的核心機(jī)構(gòu)是風(fēng)門傳動(dòng)裝置，傳動(dòng)裝置中的傳動(dòng)輪與門扇上部的門軸相嵌入。風(fēng)門的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)固定于門框位于門體上方，包括傳動(dòng)輪、鏈條、傳動(dòng)桿、門軸、動(dòng)力氣缸、動(dòng)力氣缸缸桿連接件、門開到位擋板、緩沖氣缸、緩沖氣缸缸桿連接件。平衡風(fēng)門傳動(dòng)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖5 所示。

圖5 平衡風(fēng)門傳動(dòng)動(dòng)機(jī)構(gòu)

當(dāng)有其中一扇門要開啟時(shí)，通過本傳動(dòng)裝置傳遞給另外一扇風(fēng)門做與之相反的開啟動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)兩扇風(fēng)門異向同步開啟的聯(lián)動(dòng)作用。當(dāng)行人或行車通過后，利用重錘自重帶動(dòng)傳動(dòng)輪將風(fēng)門關(guān)閉。這種平衡風(fēng)門傳動(dòng)裝置，達(dá)到開啟平穩(wěn)、安全可靠的開啟兩門扇的效果。本聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)風(fēng)門的風(fēng)壓平衡，開啟力小，沒有轉(zhuǎn)動(dòng)死點(diǎn)，既保證了人員順利通過，又杜絕了巷道中漏風(fēng)、通風(fēng)短路等現(xiàn)象的發(fā)生。

6 自動(dòng)風(fēng)門防火設(shè)計(jì)

救災(zāi)無壓平衡風(fēng)門的門扇內(nèi)部填充防火材料巖棉，巖棉主要用于防火隔離帶。在常溫下，巖棉導(dǎo)熱系數(shù)可達(dá)到0.040，熔點(diǎn)在600～1 000 ℃之間，本身屬于無機(jī)質(zhì)硅酸鹽纖維，防火性能為最高級（A1級），具有絕佳的防火性能。遇到火災(zāi)時(shí)，不會(huì)引起煙霧或造成火星，不會(huì)釋放出有毒氣體，絕不會(huì)導(dǎo)致火勢蔓延[7-9]。

7 結(jié)語

與現(xiàn)有技術(shù)相比，此項(xiàng)設(shè)備采用紅外傳感器感應(yīng)行人車輛通過信號，采用位置傳感器檢測風(fēng)門開閉狀態(tài)，向控制器傳送控制信號，控制器輸出信號控制電磁閥動(dòng)作實(shí)現(xiàn)風(fēng)門動(dòng)作，既能滿足正常通風(fēng)時(shí)期保證行人過車的要求，又能滿足在特定情況作為常閉風(fēng)門組預(yù)先被布置在特定巷道中，需要控制風(fēng)流同時(shí)開啟時(shí)解除閉鎖同時(shí)開啟達(dá)到導(dǎo)通巷道風(fēng)流的目的。