黃曉偉

（山西焦煤霍州煤電安全監(jiān)管中心，山西 霍州 031400）

1 工程概況

山西焦煤霍州煤電集團汾源煤業(yè)位于山西省靜樂縣杜家村鎮(zhèn)，井田面積12.698 6 km2，保有資源儲量為20 265 萬t，設計可采儲量5873 萬t，設計生產(chǎn)能力120 萬t/a。汾源煤業(yè)采用斜井單水平開拓方式，主斜井采用帶式輸送機進行提升，輔助運輸方式采用無軌膠輪車，煤礦地面至井下各工作面設備材料均采用無軌膠輪車進行直達運輸。副斜井井筒為緩坡布置，凈寬4.5 m，凈斷面14.70 m2，井筒斜長L=2802 m，傾角α=10°，井口砌碹支護，其余為錨網(wǎng)噴支護。副斜井擔負礦井矸石、材料設備、人員運送任務等輔助提升任務，同時副斜井也兼作礦井的進風井和安全出口。

為有效控制副斜井風量大小、方向及漏風情況，保障輔助運輸車輛順利通行，在副斜井2439 m 處設置有兩道鐵質(zhì)風門，鐵質(zhì)風門距離為30 m。在鐵質(zhì)風門處設置有風門啟閉崗，有專門的工人來開啟和關(guān)閉風門。從之前的情況來看，鐵質(zhì)風門啟閉過程勞動強度大，自動化和智能化水平較低。當副斜井中的輔助運輸車輛需通行時，必須通知崗位員工進行操作。副斜井輔助運輸全部采用無軌膠輪車運輸，副斜井車輛通行流量大，崗位工作人員工作時間長，人工開啟導致其勞動強度大。由于副斜井坡度高達10°，嚴重影響到司機的行車安全。

2019 年11 月至2020 年10 月的統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，運輸車輛因失控發(fā)生6 起撞擊鐵質(zhì)風門事故，撞擊事故造成15 位工人輕傷，同時車輛及風門設施的維修費用共90 多萬元，造成煤礦通風系統(tǒng)存在安全隱患。針對汾源煤業(yè)車輛在副斜井通風鐵質(zhì)風門通行中存在的多種安全問題，設計一種新型基于全自動激光感應的風門[1-6]。該風門能有效實現(xiàn)風門啟閉的全自動化作業(yè)，風門啟閉過程的安全性和可靠性較高，設備的運行自動化和智能化程度高。

2 基于激光感應的全自動風門的設計

2.1 風門結(jié)構(gòu)

設計的基于激光感應的全自動風門結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括1#單門體、2#單風門體、風門主體、機電硐室、操作硐室、聯(lián)鎖開關(guān)、液壓操縱桿、風門收縮硐室、人行通道風門、滑道、旋轉(zhuǎn)齒輪、激光傳感器、PLC 控制箱等結(jié)構(gòu)和部件。

圖1 激光感應全自動風門結(jié)構(gòu)示意圖

該基于激光感應的全自動風門設計中，每道風門主體均采用2 道單獨門體組成，單獨門體寬度設置為2.8 m，2 道單獨門體總寬可達5.6 m，2 道單獨門體之間能進行重疊及相互平移，保障車輛的安全通行。

設計的風門收縮硐室主要是風門開啟時容納風門，尺寸設計：寬×深×高=1.2 m×2.6 m×5.0 m。風門收縮硐室口位置安設有防夾人激光感應裝置，通過激光感應，確保當風門處有行人被風門夾住時，會自動開啟風門，保障行人通行安全。風門收縮硐室內(nèi)部安設有風門驅(qū)動裝置及液壓操縱桿，是實現(xiàn)風門啟閉的動力，驅(qū)動裝置對液壓操縱桿進行推動及自動回位來實現(xiàn)對風門的啟閉動作。

激光感應器的激光發(fā)射器部件安裝在距風門外12 m 位置巷幫上，與巷道底板保持1.6 m 高度；接收器部件與系統(tǒng)PLC 控制箱連接，采用PLC 控制箱對信號進行集中分析和處理，按設置的方案針對性發(fā)布動作指令，保障風門的全自動啟閉。

在副斜井頂板、底板分別安設1 根長度5.6 m的滑道，錨桿固定，風門門體通過滑輪與滑道連接固定。該設計可以實現(xiàn)風門門體在滑道內(nèi)自由運行。

2.2 風門工作原理分析

（1）當運輸車輛運行至距風門12 m 位置時，激光感應器采集信息，將車輛到達信息傳送給PLC控制箱。

（2）PLC 控制箱對接收到的車輛到達信息經(jīng)過處理，發(fā)布風門“開啟”指令，動力驅(qū)動裝置動作，液壓操縱桿將風門門體拉入到風門收縮硐室，進而完成風門“開啟”。

（3）第一道風門開啟同時，PLC 控制箱+聯(lián)鎖開關(guān)對第二道風門進行閉鎖，從而保障通行安全。當車輛完全進入第一道風門后，激光感應器將車輛進入信息傳遞至PLC 控制箱+聯(lián)鎖開關(guān)，進而發(fā)布第一道風門“關(guān)閉”指令。此時風門驅(qū)動裝置斷電，風門自動復位，完成風門“關(guān)閉”。

（4）第一道風門關(guān)閉后，PLC 控制箱+聯(lián)鎖開關(guān)對第二道風門發(fā)布“開啟”指令，在對第二道風門進行開啟的過程同時對第一道風門進行閉鎖，保障車輛通行安全。

（5）當車輛駛出第二道風門后，PLC 控制箱+聯(lián)鎖開關(guān)對第二道風門驅(qū)動裝置斷電，風門在液壓作用下進行自動復位。

（6）風門在關(guān)閉過程當中，如發(fā)生車輛及行人在無指令情況下強行通過風門時，風門收縮硐室口設置的防夾人激光感應裝置將采集到的信息傳遞到PLC 控制系統(tǒng)，PLC 控制箱+聯(lián)鎖開關(guān)即對相應風門發(fā)布“開啟”指令，打開風門，讓車輛及行人安全通過，保障車輛不會與風門發(fā)生碰撞事故，有效地保障了煤礦井下活動的安全。

3 實踐應用及效果分析

2020 年10 月1 日至2020 年11 月30 日，汾源煤業(yè)技改科對該煤礦副斜井原鐵質(zhì)風門完成了基于激光感應的全自動風門的安全改造項目，激光感應全自動風門安裝調(diào)試并于2020 年12 月投入到實踐應用當中。從2020 年12 月至今，副斜井安裝的基于激光感應全自動風門已正常運行1 年之久，基于激光感應全自動風門整體運行正常，能正常實現(xiàn)風門的全自動啟閉，車輛及行人能按要求通行風門，應用效果理想。

基于激光感應全自動風門在汾源煤業(yè)副斜井中的應用具有以下優(yōu)點：風門啟閉自動化及智能化程度高；現(xiàn)場不需要工作人員輔助，可撤銷風門操作崗位，實現(xiàn)風門位置無人值守，減人降耗效果顯著；降低了工人的勞動強度；降低了車輛碰撞事故發(fā)生率。

基于激光感應全自動風門在汾源煤業(yè)副斜井中應用后，在風門位置無一起車輛與風門碰撞安全事故發(fā)生，車輛通行的安全性和可靠性較好。對比之前，基于激光感應全自動風門的改造應用可節(jié)約人力成本28 萬元/年，節(jié)約車輛及風門維修費用33萬元/年，每年可為企業(yè)創(chuàng)造經(jīng)濟效益61 萬元，經(jīng)濟效益顯著。