程 浩

（山西煤炭進(jìn)出口集團(tuán)左權(quán)宏遠(yuǎn)煤業(yè)有限公司，山西 晉中 032615）

風(fēng)門是煤礦井下的主要通風(fēng)設(shè)施，風(fēng)門的設(shè)置和應(yīng)用可以提高通風(fēng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。但是隨著煤礦機(jī)械化和開采深度的增加，井下礦壓顯現(xiàn)強(qiáng)烈，開挖巷道存在大變形的問題，會導(dǎo)致井下通風(fēng)風(fēng)門及門框發(fā)生變形破壞，導(dǎo)致風(fēng)門不能正常使用，因漏風(fēng)問題而產(chǎn)生通風(fēng)安全事故，因此必須進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)[1-6]。

1 宏遠(yuǎn)煤業(yè)風(fēng)門使用現(xiàn)狀

1.1 工程概況

山西煤炭進(jìn)出口集團(tuán)左權(quán)宏遠(yuǎn)煤業(yè)位于山西省晉中市左權(quán)縣寒王鄉(xiāng)，礦井面積為9.33 km2，生產(chǎn)能力為90 萬t/a，主要開采15#煤層，開采水平為+1177 m，批采標(biāo)高+1 349.99～ -559.99 m。煤礦開拓方式為斜井開拓，井筒數(shù)量3 個(gè)，綜采放頂煤開采工藝，屬于煤與瓦斯突出礦井。宏遠(yuǎn)煤業(yè)主采太原組下段15#煤層，地質(zhì)構(gòu)造簡單，煤層平均厚度為3.56 m，煤層平均傾角為2°。宏遠(yuǎn)煤業(yè)礦壓顯現(xiàn)明顯，開挖巷道存在大變形的問題，主要表現(xiàn)為巷道底鼓、兩幫變形、頂板下沉、煤壁片幫等。

1.2 風(fēng)門的使用現(xiàn)狀分析

宏遠(yuǎn)煤業(yè)采用機(jī)械抽出式通風(fēng)方式，井下使用的是雙扇無壓平衡風(fēng)門，保障風(fēng)流不出現(xiàn)短路問題，進(jìn)而保證通風(fēng)系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠。從多年的實(shí)踐應(yīng)用效果來看，該雙扇無壓平衡風(fēng)門存以下幾個(gè)缺點(diǎn)：（1）受巷道動壓的影響，巷道底板多處位置出現(xiàn)鼓起現(xiàn)象，進(jìn)而導(dǎo)致風(fēng)門常常被壓壞而發(fā)生變形，如圖1。風(fēng)門壓壞情況主要表現(xiàn)為：風(fēng)門結(jié)構(gòu)彎曲、門體錯位、重疊、漏風(fēng)、門體與門框卡死等。（2）該風(fēng)門的機(jī)械閉鎖裝置依靠鋼絲繩來完成，閉鎖的可靠性和安全性較差。同時(shí)，該風(fēng)門采用人工開啟，勞動強(qiáng)度大，存在嚴(yán)重的安全隱患。風(fēng)門的管理和維護(hù)工作較為困難。

圖1 風(fēng)門受巷道動壓變形示意圖（mm）

2 新型抗壓平衡式風(fēng)門的設(shè)計(jì)

2.1 風(fēng)門結(jié)構(gòu)分析

針對煤礦井下風(fēng)門受巷道動壓的影響，設(shè)計(jì)了一種新型抗壓平衡式風(fēng)門，風(fēng)門及門框結(jié)構(gòu)如圖2。

圖2 新型抗壓平衡式風(fēng)門及門框結(jié)構(gòu)圖（cm）

在新型抗壓平衡式風(fēng)門門框的上、左、右位置設(shè)置有6 片可重合的鋼制結(jié)構(gòu)墻面，礦壓來臨時(shí)6片鋼墻可以自動地靈活調(diào)節(jié)鋼墻重合部分，在實(shí)現(xiàn)了卸壓目的的基礎(chǔ)上也保護(hù)了風(fēng)門不會因礦壓導(dǎo)致變形破壞。門框重合鋼墻采用彈簧加螺絲設(shè)計(jì)，壓力式皮條密封，在兩片重合鋼墻之間是密實(shí)不漏風(fēng)的，門框四個(gè)角位置由4 個(gè)彈簧的伸縮臂組成，合頁設(shè)置在門框異向兩側(cè)，密封條設(shè)置在門扇和門框之間位置，實(shí)現(xiàn)良好的密封效果。

設(shè)計(jì)有一種新型的網(wǎng)絲強(qiáng)悍閉鎖裝置，裝置結(jié)構(gòu)如圖3，主要包括定滑輪、鋼絲繩、配重錘、萬向輪等部件。通過裝置伸縮拉鋼絲繩，經(jīng)過滑輪使門扇進(jìn)行轉(zhuǎn)動，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)風(fēng)門的打開和關(guān)閉。

圖3 風(fēng)門新型閉鎖裝置示意圖

2.2 工作原理

該新型抗壓平衡式風(fēng)門設(shè)計(jì)為異向同步開閉，采用壓力平衡原理，運(yùn)用設(shè)計(jì)的平行四連機(jī)械連桿機(jī)構(gòu)把作用在風(fēng)門上的壓力轉(zhuǎn)化成一種內(nèi)力，實(shí)現(xiàn)平衡，可有效保障風(fēng)門開閉的靈活性。當(dāng)壓力作用在門框外面的活動鋼墻上時(shí)，可推動鋼墻面向門框方向進(jìn)行靈活的移動，進(jìn)而可以調(diào)整鋼墻之間的重合區(qū)域，可以有效地卸壓，此時(shí)壓力無法作用在門框上，避免了門框發(fā)生變形破壞。

2.3 重合鋼墻改進(jìn)及快速支架技術(shù)

2.3.1 風(fēng)門槽型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

該新型抗壓平衡式風(fēng)門在設(shè)計(jì)時(shí)采用了2 個(gè)互相重疊的槽型結(jié)構(gòu)，風(fēng)門在巷道安裝完成后，如受到巷道壓力，就會在受壓后基于其槽型結(jié)構(gòu)進(jìn)而相互重疊，如圖4。

圖4 風(fēng)門安裝受壓變形前后變化示意圖（cm）

2.3.2 快速支架技術(shù)分析

新型抗壓平衡式風(fēng)門框底部用水泥砂漿澆筑牢固；門框兩側(cè)采用可調(diào)節(jié)長度的鋼質(zhì)拉桿，其底部使用錨桿固定在底板上。

新型抗壓平衡式風(fēng)門快速支架技術(shù)：（1）門框采用了2 組可抽插的槽型鋼墻進(jìn)而實(shí)現(xiàn)重合鋼墻設(shè)計(jì)，該設(shè)計(jì)可以在受壓情況下進(jìn)行自動伸縮動作，最大伸縮變形量可以達(dá)到46 cm；（2）門框安裝時(shí)，其底部及兩側(cè)全部都采用混凝土澆筑牢固，使用設(shè)計(jì)的可調(diào)拉桿連接澆筑件與風(fēng)門框進(jìn)行固定。

3 實(shí)踐應(yīng)用及效果分析

3.1 實(shí)踐應(yīng)用

宏遠(yuǎn)煤業(yè)三五盤區(qū)連接巷道的服務(wù)年限較長，同時(shí)受礦壓影響較大，以往應(yīng)用的雙扇無壓平衡風(fēng)門常因變形而發(fā)生破壞，風(fēng)門的管理和維護(hù)困難。根據(jù)三五盤區(qū)連接巷道的地質(zhì)情況及巷道礦壓擠壓風(fēng)門變形的特點(diǎn)，將設(shè)計(jì)的新型抗壓平衡式風(fēng)門完成研制后，于2020 年10 月在三五盤區(qū)連接巷道進(jìn)行了安裝試驗(yàn)，投入到實(shí)踐應(yīng)用，并對其應(yīng)用效果進(jìn)行了觀測。

3.2 效果分析

新型抗壓平衡式風(fēng)門在三五盤區(qū)連接巷道應(yīng)用后，從2020 年10 月至今，連接巷道寬平均變形量達(dá)35 cm，高平均變形量達(dá)27.4 cm，在該情況下風(fēng)門變形率仍然較小，能正常使用，風(fēng)門的漏風(fēng)率始終保持在3%以下，有效保障了三五盤區(qū)連接巷道的通風(fēng)系統(tǒng)的可靠性和安全性。新型抗壓平衡式風(fēng)門結(jié)構(gòu)簡單，其安裝和維護(hù)較為便利，使用壽命長。

3.3 效益分析

（1）安全效益

三五盤區(qū)連接巷道為工作人員和車輛的必經(jīng)之路，采用新型抗壓平衡式風(fēng)門后，消除了因礦壓導(dǎo)致風(fēng)門損壞而產(chǎn)生的安全隱患，給井下安全生產(chǎn)提供了保障。

（2）經(jīng)濟(jì)效益

新型抗壓平衡式風(fēng)門的應(yīng)用，可大幅度降低風(fēng)門設(shè)施的維修率，風(fēng)門維修率可降低至之前的20%，如在該礦全面推廣應(yīng)用，每年可節(jié)約風(fēng)門維修費(fèi)用約6 萬元。新型抗壓平衡式風(fēng)門的應(yīng)用，風(fēng)門的使用壽命大幅度提高，如在該礦全面推廣應(yīng)用，綜合設(shè)備裝備購置費(fèi)用和使用壽命，每年可為煤礦節(jié)約設(shè)備費(fèi)用約35 萬元。

4 結(jié)語

巷道礦壓易對井下通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)施造成破壞，并產(chǎn)生通風(fēng)安裝隱患，必須引起重視。本文對宏遠(yuǎn)煤業(yè)井下風(fēng)門的應(yīng)用現(xiàn)狀和問題進(jìn)行了分析，針對性地研制了一種新型抗壓平衡式風(fēng)門。其關(guān)鍵技術(shù)在于風(fēng)門門框兩側(cè)兩扇重疊的鋼墻面設(shè)計(jì)，在壓力來到時(shí)，可以通過調(diào)整鋼結(jié)構(gòu)墻面的重合部分，實(shí)現(xiàn)卸壓效果，同時(shí)保障了風(fēng)門的正常使用。實(shí)踐應(yīng)用效果表明：新型抗壓平衡式風(fēng)門在應(yīng)用過程中能正常發(fā)揮其作用，在礦壓作用下風(fēng)門變形量小，能正常使用，風(fēng)門的漏風(fēng)率始終保持在3%以下，其安全效益和經(jīng)濟(jì)效益顯著，為實(shí)現(xiàn)宏遠(yuǎn)煤業(yè)高產(chǎn)高效安全開采的目標(biāo)奠定了基礎(chǔ)。