曹志勇

（山煤國際能源集團(tuán)股份有限公司， 山西 太原 030000）

引言

通風(fēng)系統(tǒng)是煤礦生產(chǎn)系統(tǒng)中的重要組成部分，主通風(fēng)機(jī)設(shè)備主要承擔(dān)輸送新鮮空氣、排出粉塵的任務(wù)，而風(fēng)門主要起到控制風(fēng)量大小、方向，防漏風(fēng)的作用[1-3]。風(fēng)門可以有效保障煤礦井下有足夠的新鮮空氣，可以沖淡井下有毒有害氣體和粉塵，可以調(diào)節(jié)井下氣候，創(chuàng)造較好的工作環(huán)境。但是從當(dāng)前煤礦井下風(fēng)門的實踐應(yīng)用情況來看，風(fēng)門一般采用人工手動操作進(jìn)行開啟，自動化程度不高，且常在風(fēng)門位置發(fā)生安全事故，安全隱患較大[4-6]，因此，提供一種激光感應(yīng)全自動風(fēng)門并進(jìn)行應(yīng)用是非常有實踐意義的。

1 經(jīng)坊煤業(yè)概況及其副斜井風(fēng)門情況分析

1.1 經(jīng)坊煤業(yè)概況

山煤國際能源集團(tuán)經(jīng)坊煤業(yè)為國有重點煤礦，位于山西省長治縣新建路115 號，1985 年始建，1988 年投產(chǎn)。經(jīng)坊煤業(yè)礦井屬沁水煤田，批準(zhǔn)開采3 號煤層，瓦斯礦井，煤層平均厚度6 m，傾角2°～10°。老頂為中粒砂巖，厚度5.72 m；直接頂為石灰質(zhì)泥巖，厚度1.66 m；偽頂為泥巖，厚度0～0.7 m；底板為粉砂巖，厚度1～9.9 m；頂板穩(wěn)定。礦井正常涌水量為48 m3/h，最大涌水量為162.5 m3/h。采用立井斜井混合、單水平分區(qū)開拓方式，走向長壁綜采放頂煤采煤，回采工作面采用液壓支架支護(hù)。掘進(jìn)工作面為綜掘機(jī)掘進(jìn)，采用錨網(wǎng)支護(hù)。主斜井采用膠帶輸送機(jī)提升，回采工作面采用刮板輸送機(jī)運(yùn)輸，順槽、采區(qū)及大巷內(nèi)采用膠帶輸送機(jī)運(yùn)輸，進(jìn)風(fēng)立井提升采用落地式多繩摩擦輪式提升機(jī)，大巷、采區(qū)為無極繩絞車。通風(fēng)方式為中央邊界式，通風(fēng)方法為抽出式。礦井采用雙回路供電，礦井采用中央集中排水方式。

1.2 副斜井風(fēng)門情況分析

經(jīng)坊煤業(yè)副斜井斜長為2 913 m，傾角6°，采用砌碹支護(hù)，承擔(dān)全礦材料設(shè)備下送及其他輔助提升任務(wù)，承擔(dān)進(jìn)風(fēng)任務(wù)，是安全出品之一。

為控制副斜井風(fēng)量大小、方向、漏風(fēng)情況，在副斜井2 550 m 位置處設(shè)置有兩道鐵質(zhì)風(fēng)門，風(fēng)門之間的間距為30 m。鐵質(zhì)風(fēng)門的啟閉主要是采用人工操作，自動化水平較低。當(dāng)輔助運(yùn)輸車輛經(jīng)過兩道鐵質(zhì)風(fēng)門時，必須由專職風(fēng)門操作工進(jìn)行開啟和關(guān)閉操作。工作流程為：開啟第一道鐵質(zhì)風(fēng)門，車輛進(jìn)入風(fēng)門中間位置，關(guān)閉第一道鐵質(zhì)風(fēng)門，開啟第二道鐵質(zhì)風(fēng)門，車輛出第二道鐵質(zhì)風(fēng)門。

從輔助運(yùn)輸車輛進(jìn)出副斜井風(fēng)門的情況來看，安全問題頻發(fā)，僅僅從2020 年1—12 月的情況來看，就已發(fā)生了5 起因輔助運(yùn)輸車輛失控撞擊鐵質(zhì)風(fēng)門的安全事故，造成了2 個輕傷及80 萬元的經(jīng)濟(jì)損失。原因主要有：副斜井輔助運(yùn)輸車輛車流量大，副斜井運(yùn)輸效率不高，副斜井坡度影響行駛安全，風(fēng)門崗位工作人員勞動強(qiáng)度大，風(fēng)門啟閉的自動化程度低。

基于以上原因，為提高副斜井風(fēng)門啟閉的自動化程度，提高車輛過風(fēng)門的安全性，針對性地設(shè)計及提供了一種激光感應(yīng)全自動風(fēng)門，其可有效提高風(fēng)門啟閉的安全性，有效地降低工作人員的勞動強(qiáng)度。

2 激光感應(yīng)全自動風(fēng)門的結(jié)構(gòu)及原理

2.1 風(fēng)門結(jié)構(gòu)

設(shè)計的激光感應(yīng)全自動風(fēng)門結(jié)構(gòu)如下頁圖1 所示，該風(fēng)門主要包括風(fēng)門主體、風(fēng)門收縮硐室、風(fēng)門主體驅(qū)動裝置、防夾激光感應(yīng)裝置、液壓操縱桿、滑道、滑輪、風(fēng)門導(dǎo)軌電感應(yīng)器、激光感應(yīng)器、風(fēng)門收縮硐室、PLC 控制箱、機(jī)電硐室、操作硐室等結(jié)構(gòu)。

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

風(fēng)門主體由寬度為2.8 m 的2 個單獨(dú)門體組成，風(fēng)門主體總寬度5.6 m，2 個單獨(dú)門體可以進(jìn)行平移。

風(fēng)門收縮硐室的設(shè)計尺寸為寬×深×高=1.2 m×2.6 m×5.0 m。風(fēng)門收縮硐室內(nèi)安設(shè)有風(fēng)門主體驅(qū)動裝置，風(fēng)門收縮硐室口安設(shè)有防夾人激光感應(yīng)裝置。當(dāng)激光感應(yīng)器采集到相關(guān)信號后，會觸發(fā)收縮風(fēng)門硐室內(nèi)的風(fēng)門主體驅(qū)動裝置，進(jìn)而可以驅(qū)動液壓操縱桿實現(xiàn)對風(fēng)門的開啟或閉合作業(yè)。同時在設(shè)置風(fēng)門收縮硐室口安設(shè)的防夾人激光感應(yīng)裝置，可以在采集到風(fēng)門處有夾人現(xiàn)象發(fā)生后，使得激光感應(yīng)器觸發(fā)驅(qū)動液壓操縱桿開啟風(fēng)門。

風(fēng)門安設(shè)的激光感應(yīng)器由激光發(fā)射器和激光接收器兩部分組成，激光感應(yīng)裝置安裝位置為距風(fēng)門10 m 處巷幫上，高度為距巷道底板1.5 m。激光感應(yīng)器接收器部分采用通信電纜與PLC 控制箱進(jìn)行連接，對采集到的信息進(jìn)行分析處理，并發(fā)布動作指令。

在巷道頂、底板位置安設(shè)2 根5.6 m 的滑道，并采用錨桿固定。風(fēng)門門體通過滑輪與滑道連接固定。

2.2 風(fēng)門工作原理

第一，當(dāng)副斜井輔助運(yùn)輸車輛運(yùn)行至設(shè)置在風(fēng)門前方10 m 位置時，該位置處的激光感應(yīng)器能采集到相關(guān)信號，并將信號傳遞至PLC 控制柜。

第二，PLC 控制柜對接收的信號進(jìn)行分析處理后，發(fā)布“開啟”動作指令，風(fēng)門主體驅(qū)動裝置驅(qū)動液壓操縱桿將風(fēng)門門體快速拉入風(fēng)門收縮硐室內(nèi)。

第三，第一道風(fēng)門在開啟過程中，由“PLC 控制箱+聯(lián)鎖開關(guān)”實現(xiàn)對第二道風(fēng)門的閉鎖，當(dāng)副斜井輔助運(yùn)輸車輛運(yùn)行進(jìn)入第一道風(fēng)門后，激光感應(yīng)器采集到相關(guān)信號，并將信號傳遞至PLC 控制柜進(jìn)行分析處理，發(fā)布“關(guān)閉”動作指令，此時第一道風(fēng)門在液壓作用下復(fù)位，收縮在風(fēng)門收縮硐室內(nèi)的風(fēng)門復(fù)位進(jìn)行風(fēng)門關(guān)閉。

第四，第一道風(fēng)門關(guān)閉后，PLC 控制柜對采集到的信號分析處理后，在聯(lián)鎖作用下發(fā)布對第二道風(fēng)門的“開啟”動作指令，同時閉鎖第一道風(fēng)門。

第五，若風(fēng)門在關(guān)閉狀態(tài)下有人員或車輛強(qiáng)行通過時，設(shè)置在風(fēng)門收縮硐室口的防夾人激光感應(yīng)裝置可以采集到信號，并將信號傳遞至PLC 控制箱，經(jīng)分析處理后風(fēng)門會發(fā)布“開啟”動作指令，驅(qū)動液壓操縱桿開啟風(fēng)門，以免發(fā)生夾人安全事故。

3 實踐應(yīng)用及效果分析

經(jīng)坊煤業(yè)從2021 年1 月對該煤礦副斜井原2 道

鐵質(zhì)風(fēng)門進(jìn)行改造，安設(shè)了一套激光感應(yīng)全自動風(fēng)門，經(jīng)安裝調(diào)試并投入應(yīng)用。從2021 年2 月—2022年

1 月期間，激光感應(yīng)全自動風(fēng)門的運(yùn)行整體穩(wěn)定，能有效安全地實現(xiàn)風(fēng)門的啟閉，保障了副斜井人員及輔助運(yùn)輸車輛的安全通行。對比改造之前的風(fēng)門設(shè)計，

改造后激光感應(yīng)全自動風(fēng)門的應(yīng)用效果理想。激光感

應(yīng)全自動風(fēng)門的自動化程度較高，可以實現(xiàn)風(fēng)門的自動啟閉，無須人員操作，不需要設(shè)置專業(yè)崗位，可實現(xiàn)

無人值守。

激光感應(yīng)全自動風(fēng)門應(yīng)用后，副斜井風(fēng)門位置沒

有發(fā)生一起因輔助運(yùn)輸車輛發(fā)生碰撞的安全事故，安

全效益顯著。激光感應(yīng)全自動風(fēng)門應(yīng)用后，全年可節(jié)約人力成本費(fèi)用約25 萬元，全年可節(jié)約風(fēng)門維修費(fèi)用約33 萬元，經(jīng)濟(jì)效益顯著。