煤矿井下自动风门应用

煤矿井下自动风门应用

陈其晖

(福建省永安煤业有限责任公司仙亭煤矿，福建大田  366102）

摘要：本文针对煤矿井下风门需要手动开闭、风门自重大、工人携带工具不方便通过、机械闭锁容易出故障等问题，探讨通过各类传感器感应的电动风门，解决风门自动开闭、可靠互锁等问题。

关键词：红外感应；PLC；自动开启；自动关闭；防夹；互锁

0前言

《煤矿安全规程》（2022版）第一百四十四条规定：“进、回风井之间和主要进、回风巷之间的每条联络巷中，必须砌筑永久性风墙；需要使用的联络巷，必须安设2道联锁的正向风门和2道反向风门”。目前福建煤矿井下风门大部分采用简单的合页式单扇风门，每处设置两道风门，每道风门设置正反两扇合页式单扇风门，两道风门之间设置机械闭锁，防止两道风门同时打开，给携带工具的职工带来了极大不便；机械闭锁容易出故障，导致通风隐患。为了解决上述问题，我矿设计了利用PLC控制的电动风门，实现了风门互锁、自动开启、反风时风门不被反风门打开的功能。

1.功能设计

煤矿井下自动风门需要实现以下功能：

a.反风时，风门不被反向风流吹开；

b.人员经过时，自动开闭风门；

c.防夹功能；

d.双道风门互锁功能；

e.停电或故障时，风门能够手动打开；

f.风门漏风率符合标准。

2.实现方式

   煤矿井下自动风门机械部分可采用吊塔式推拉风门，利用矿用隔爆型伺服电机带动丝杆滑台拖动风门或普通矿用隔爆型电机经减速箱带动链条拖动风门，电控部分采用PLC进行控制。

3.机械部分设计

机械部分由门框、门扇、固定装置、吊梁、导轨、驱动装置组成。电动风门通过驱动装置，驱动门扇左右行走，实现风门的开闭。左右开闭的风门可确保不被反向风流吹开。     

伺服电机驱动装置平台由伺服电机、丝杆平台、驱动装置构成，丝杆头部固定在风门腰部侧边，丝杆平台安装在非行人侧，丝杆长度1.4米，确定行程约1.2米，靠驱动装置精准限位，无需定位传感器。

普通矿用隔爆型电机带动减速箱的驱动装置，由矿用隔爆型异步电动机、减速箱、链条、棘轮、本安型强力电磁铁、衔铁构成，本安型强力电磁铁固定在风门门扇上方，衔铁固定在链条上，本安型强力电磁铁底座处设置定位传感器，感应到衔铁时，电磁铁带电吸合。风门开闭时，电机转动通过减速箱、棘轮带动链条上的衔铁左右行走，吸合的电磁铁带动门扇行走，实现风门开闭。链条行走行程约1.2米，在门扇靠驱动装置侧安装永久磁铁，利用两道接近传感器作为左右定位开关，确定风门的“开到位”、“关到位”两个位置，减速箱处安装行程开关，左右后备保护开关。设置减速箱刹车装置，开闭到位后，利用电磁铁吸附减速箱轴端法兰，减小风门冲击力度。

4. 保护功能设计

4.1反向风流时不被打开

风门采用左右推拉开合的方式，确保不被反向风流打开，同时具备正向风门和反向风门的功能[1]。

4.2防夹功能

在风门门框处设置红外感应传感器，感应到人员经过时，风门不得关闭；伺服电机设置合适力矩至不危及人员安全；选择合适的本安型强力电磁铁，其切向力不得危及人员安全，衔铁设计为斜面，遇到较大阻力时，电磁铁与衔铁能够及时脱扣。

4.3.双道风门互锁功能

根据《煤矿安全规程》第一百四十四条规定，本自动风门系统设计采用程序互锁、电气互锁功能，实现风门联锁。

4.4停电或故障时，风门能够手动打开

在停电、设备故障、紧急停止等无动力情况下，需要手动开启风门。伺服电机驱动装置，丝杆平台较为平滑，可手动推拉风门；防爆电机利用电磁铁驱动装置，断电后，电磁铁失电后自动脱扣。

4.5风门漏风率符合标准

为了降低漏风量，门框竖边采用8#槽钢制作，槽钢内侧底部粘贴阻燃缓冲垫，门扇采用60×40mm方管左右骨架，利用3mm钢板蒙皮；门扇超过吊塔两根横梁，横梁与门扇间的间隙加焊Ф6mm钢筋,门扇底部粘贴阻燃垫，地板找平减少门缝间隙，有效降低漏风风量。

5. 电控部分设计

5.1控制逻辑

1、自动风门的控制逻辑，既要满足自动开闭功能，也要符合煤矿井下通风的相关要求。控制流程图如下：

图1

5.3电控装置安装

利用跑车防护装置矿用隔爆型电控箱，不改变电控箱内部结构、配件，只对程序进行更改。在风门的前方、后方、门框处各设置感应传感器1个，用于实现风门开启和防夹功能，外部设置手动开、闭、急停按钮，在传感器失灵等特殊情况时，可实现手动控制。

5.4程序编写

自动风门部分电控梯形图如下：

图2

5.4.1单扇风门开启

风门传感器收到信号后，X1或X2闭合，Y0继电器闭合输出，风门开启。

5.4.2单扇风门关闭防夹功能

设计利用两段程序实现风门延时自动关闭和防夹手功能，风门开到位后，M1接通，计时器T0开始工作，到达设置时间后风门关闭；若传感器收到信号，X1或X2闭合变成打开，T0开始重新及时，风门按照开启程序进行。

5.4.3两道风门闭锁

在两扇风门开启程序段中加入另一扇风门开启常闭信号，A扇风门开启时，B扇风门控制程序段中，A扇风门开启继电器常闭点Y0变打开，B扇风门Y3无法闭合，反之B门先开启时，A扇风门Y0无法闭合。同时两道风门动作接触器设置电气互锁，一边开启时，另一边无法开启。

6.结语

自动风门的应用，提升了矿井自动化水平，为井下工人带来便利，减少因手动开闭引起未关风门或未关好等情况，保障矿井通风安全。

参考文献

[1] AQ1028-2006.煤矿井下多水平排水智能控制系统的研究[S]. 国家安全生产监督管理总局，2006.

[2] 吴卫荣. 传感器与PLC技术[M]. 中国轻工业出版社, 2006.

作者简介：陈其晖 1985年11月出生 男 福建省大田县 大学本科 仙亭煤矿矿山机电高级工程师