李勇，孫方

（北京天地華泰礦業(yè)管理股份有限公司，北京 100000）

風(fēng)門是礦井通風(fēng)的重要保障設(shè)施，是通風(fēng)安全不可缺少的一道關(guān)口。為了保障礦井通風(fēng)安全，煤礦井下需要構(gòu)筑許多風(fēng)門。東溝煤礦井下風(fēng)門多為傳統(tǒng)的正反雙向開啟的手動(dòng)無(wú)壓風(fēng)門，聯(lián)鎖裝置采用配重式連鎖。這種風(fēng)門具有正反雙向控風(fēng)的優(yōu)點(diǎn)，不必再安設(shè)反向風(fēng)門，安裝沒(méi)有方向要求。缺點(diǎn)是兩扇風(fēng)門靠配重實(shí)現(xiàn)密閉與連鎖，兩扇風(fēng)門之間的密封條易損壞。開啟力與配重有關(guān)，配重重量大開啟不便，配重重量小時(shí)風(fēng)門密封不嚴(yán)實(shí)，開啟角度達(dá)不到90°，車輛通行容易碰撞風(fēng)門等問(wèn)題。隨著煤礦自動(dòng)化、智能化建設(shè)的加快，這種風(fēng)門已經(jīng)不能滿足要求，為此特提出超開角智能無(wú)壓風(fēng)門系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

1 國(guó)內(nèi)礦井風(fēng)門的發(fā)展現(xiàn)狀

我國(guó)早期煤礦大多數(shù)使用木質(zhì)風(fēng)門，隨著煤礦行業(yè)發(fā)展，木質(zhì)風(fēng)門基本被鐵質(zhì)風(fēng)門替換，但由于煤礦井下風(fēng)壓大，造成風(fēng)門開啟困難，行人、行車通過(guò)風(fēng)門時(shí)風(fēng)門關(guān)閉速度快，易出現(xiàn)風(fēng)門碰車碰人事故。隨著無(wú)壓風(fēng)門的發(fā)展，煤礦井下基本杜絕了風(fēng)門碰車碰人的事故。但還是存在風(fēng)門開啟角度達(dá)不到90°，風(fēng)門閉鎖不可靠現(xiàn)象，給煤礦井下通風(fēng)系統(tǒng)造成了隱患；在煤礦生產(chǎn)過(guò)程中，目前大多都是手動(dòng)風(fēng)門，自動(dòng)化程度低，車輛（人員）通過(guò)時(shí)要人力開關(guān)風(fēng)門，運(yùn)輸效率低。不能滿足煤礦自動(dòng)化、智能化發(fā)展需求。

2 超開角智能無(wú)壓風(fēng)門系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 超開角智能無(wú)壓風(fēng)門系統(tǒng)的主要設(shè)計(jì)內(nèi)容

（1）超開角智能無(wú)壓風(fēng)門系統(tǒng)總體方案的設(shè)計(jì)；（2）門體及傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)；（3）超開角智能無(wú)壓風(fēng)門系統(tǒng)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

2.2 超開角智能無(wú)壓風(fēng)門系統(tǒng)的組成及工作原理

超開角智能無(wú)壓風(fēng)門系統(tǒng)采用智能化、控制功能強(qiáng)的PLC，車輛（人員）位置檢測(cè)系統(tǒng)、中文語(yǔ)音提示系統(tǒng)、紅綠燈信號(hào)指示系統(tǒng)及自動(dòng)下垂連鎖裝置，配置超開角無(wú)壓風(fēng)門來(lái)實(shí)現(xiàn)風(fēng)門的自動(dòng)化、智能操作。超開角智能無(wú)壓風(fēng)門系統(tǒng)工作原理如下圖所示：

超開角智能無(wú)壓風(fēng)門系統(tǒng)安裝在控風(fēng)巷道中，有兩個(gè)風(fēng)門A和B。如上圖所示車（人）到達(dá)風(fēng)門A時(shí)，系統(tǒng)識(shí)別后進(jìn)入開啟模式，風(fēng)門A開啟，同時(shí)發(fā)出語(yǔ)音“風(fēng)門A開啟，請(qǐng)等待”。待風(fēng)門A開啟時(shí)風(fēng)門B自動(dòng)下垂連鎖裝置同時(shí)生效。風(fēng)門A開啟后，傳感器接收信號(hào)，同時(shí)發(fā)出語(yǔ)音“風(fēng)門A已開啟，請(qǐng)通行”。車（人）通過(guò)風(fēng)門A后，系統(tǒng)識(shí)別后關(guān)閉風(fēng)門A。風(fēng)門A關(guān)閉后，車（人）到達(dá)風(fēng)門B后，過(guò)程同前。如果車（人）由風(fēng)門B方向通行，過(guò)程一樣。

遠(yuǎn)程控制時(shí)，通過(guò)可視化視頻系統(tǒng)，監(jiān)測(cè)到車（人）到達(dá)風(fēng)門A，調(diào)度中心值班人員可操控電腦，打開風(fēng)門A，讓其通行。通過(guò)后，遠(yuǎn)程關(guān)閉風(fēng)門A。通過(guò)風(fēng)門B時(shí)，過(guò)程一樣，均是由調(diào)度中心值班人員遠(yuǎn)程操控。

手動(dòng)操作下，車輛（人員）需要通過(guò)風(fēng)門時(shí)，從A門進(jìn)入，將按CK1觸控傳感器（開），A門自動(dòng)打開，開門到位后，自動(dòng)停止位置，通過(guò)風(fēng)門A后，通過(guò)操作CK2觸控傳感器（關(guān)），關(guān)閉風(fēng)門，到位后，自動(dòng)停止，如不按CK2，延遲一段時(shí)間后，自動(dòng)關(guān)門。到達(dá)風(fēng)門B后，按動(dòng)CK3（開），B門自動(dòng)打開，開門到位后，自動(dòng)停止，按動(dòng)CK4（關(guān)），關(guān)閉風(fēng)門B，到位后自動(dòng)停止位置，如不按CK4（關(guān)），延遲一段時(shí)間自動(dòng)關(guān)閉。當(dāng)控制系統(tǒng)及氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)出現(xiàn)故障失效時(shí)，可以打開氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的泄壓閥后，人力開啟風(fēng)門。遠(yuǎn)程控制時(shí)，利用可視化系統(tǒng)，在調(diào)度室遠(yuǎn)程操控風(fēng)門開啟關(guān)閉。

2.3 門體及傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

超開角手自無(wú)壓風(fēng)門是由門框、門扇、密封條、拉簧、鏈輪、鏈條、油缸、自動(dòng)下垂連鎖組成。

門框、門扇均由不銹鋼材制成，密封條由礦用橡膠密封帶制成，安裝在門扇四周。拉簧使用高強(qiáng)度彈簧，一端固定在門框另一端固定在門扇上。鏈輪采用高強(qiáng)度鏈輪，直徑不小于100mm，齒高不小于30mm，鏈條同樣采用高強(qiáng)度且與鏈輪相匹配。油缸采用直徑不小于50mm，行程不小于800mm，壓力0.4～0.6MPa，帶泄壓閥的氣動(dòng)油缸。

自動(dòng)下垂連鎖由直徑不小于5mm，高強(qiáng)度鋼絲、銷軸，厚度不小于30mm的Q335鋼板組成。自動(dòng)下垂連鎖鋼絲線與連鎖鋼板連接，經(jīng)過(guò)風(fēng)門上安裝的導(dǎo)向輪經(jīng)預(yù)留口與另一道風(fēng)門的鏈條連接，以此實(shí)現(xiàn)風(fēng)門連鎖。

門扇與門框連接采用新設(shè)計(jì)，取消以前銷軸式連接，改用伸出式連接。使風(fēng)門的開啟角度遠(yuǎn)大于90°。且在人力開啟時(shí)，開啟角度達(dá)到90°風(fēng)門便不再自行關(guān)閉，開啟角度小于90°時(shí)，風(fēng)門自動(dòng)關(guān)閉。

圖1 超開角手自無(wú)壓風(fēng)門系統(tǒng)工作原理圖

圖2 超開角手自無(wú)壓風(fēng)門示意圖

2.4 超開角智能無(wú)壓風(fēng)門系統(tǒng)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

（1）超開角智能無(wú)壓風(fēng)門控制系統(tǒng)由PLC控制器，各類傳感器、檢測(cè)裝置等組成。

（2）PLC采用計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)，由中央處理單元、存儲(chǔ)器輸入輸出接口電路、總線單元和電源單元等組成。

圖3 PCL的基本結(jié)構(gòu)框圖

（3）井下控制系統(tǒng)可接入地面調(diào)度總控系統(tǒng)，并安裝遠(yuǎn)程監(jiān)視視頻系統(tǒng)和遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)。

3 超開角智能無(wú)壓風(fēng)門系統(tǒng)實(shí)施效果及經(jīng)濟(jì)效益

超開角智能無(wú)壓風(fēng)門系統(tǒng)在煤礦應(yīng)用上，可以解決煤礦井下風(fēng)門自動(dòng)化、智能化水平低，運(yùn)輸效率低，聯(lián)鎖裝置不可靠，可以實(shí)時(shí)監(jiān)控風(fēng)門狀況，進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，大大提高了煤礦井下通風(fēng)系統(tǒng)的自動(dòng)化、智能化水平，保障了風(fēng)門的可靠性，通風(fēng)系統(tǒng)的穩(wěn)定，使煤礦整體效益大幅提升。超開角智能無(wú)壓風(fēng)門系統(tǒng)的設(shè)計(jì)完全符合《煤礦安全規(guī)程》要求，系統(tǒng)穩(wěn)定，故障率小、電器元件設(shè)備均為本型設(shè)備，無(wú)大功率電氣設(shè)備，提高了超開角智能無(wú)壓風(fēng)門系統(tǒng)的安全性。

4 超開角智能無(wú)壓風(fēng)門系統(tǒng)主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)

（1）超開角智能無(wú)壓風(fēng)門系統(tǒng)開啟關(guān)閉完全實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，無(wú)須手動(dòng)操作，提高了運(yùn)輸效率，并可避免車輛撞壞風(fēng)門事故的發(fā)生，確保了運(yùn)輸安全。

（2）重新設(shè)計(jì)的自動(dòng)下垂連鎖裝置，將連鎖裝置故障率大幅度降低，取代了傳統(tǒng)的繩索閉鎖、機(jī)械閉鎖裝置，杜絕了兩道風(fēng)門同時(shí)開啟的可能，確保通風(fēng)安全。

（3）超開角智能無(wú)壓風(fēng)門系統(tǒng)設(shè)有停車線，開、關(guān)門傳感器，聲光語(yǔ)音報(bào)警箱，大幅度防止車輛碰撞風(fēng)門、風(fēng)門夾人等事故的發(fā)生，確保車輛（人員）的通行安全。

（4）超開角智能無(wú)壓風(fēng)門系統(tǒng)設(shè)計(jì)安裝手動(dòng)防爆磁控開關(guān)，光電脈沖感應(yīng)失效后可隨時(shí)開關(guān)風(fēng)門。

（5）超開角智能無(wú)壓風(fēng)門系統(tǒng)的傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)安裝手控泄壓開關(guān)，出現(xiàn)停電后，可隨時(shí)人力開關(guān)風(fēng)門。

（6）超開角智能無(wú)壓風(fēng)門系統(tǒng)設(shè)計(jì)安裝聲光語(yǔ)音報(bào)警器，隨時(shí)廣播風(fēng)門開閉狀況，提示人員車輛順利通過(guò)。

（7）風(fēng)門紅外傳感器采用反應(yīng)靈敏、抗干擾性強(qiáng)的紅外傳感器，確保系統(tǒng)的高靈敏度，控制器采用高性能PLC控制器及遠(yuǎn)程數(shù)字通訊技術(shù)，抗干擾性能好。

（8）超開角智能無(wú)壓風(fēng)門系統(tǒng)還可以與地面調(diào)度室連接，安裝遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控與控制系統(tǒng)。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，本文結(jié)合東溝煤礦井下風(fēng)門的一系列缺點(diǎn)如風(fēng)門連鎖裝置故障率高、開啟角度小、車輛通行容易碰撞風(fēng)門，自動(dòng)化、智能化水平低等實(shí)際情況提出了超開角智能無(wú)壓風(fēng)門系統(tǒng)設(shè)計(jì)，解決了上述問(wèn)題，并提升了風(fēng)門系統(tǒng)的可靠性、自動(dòng)化、智能化程度，值得在其他項(xiàng)目中參考應(yīng)用。