气动半开式矿井风门装置设计及应用.pdf

2 0 1 3 年第 3 期 中州煤炭 总第 2 0 7 期 气 动半开式矿 井风 门装置设计及应用 张文东 河南煤业化工集 团 鹤煤公 司科研 所 ， 河南 鹤壁4 5 8 0 0 0 摘要 矿井风 门关 闭时产 生撞 击和门框震动 ， 造 成水 泥脱 落， 缩短风 门的使 用寿命。为解决这一 问题 ， 以现场 测量 的撞 击力和开启力等参数值为依据 ， 设计制作 了气动半开 式风 门。现场使 用表 明， 该风 门开启 方便 ， 关 闭时基本 无撞 击和震动 ， 为煤矿 安全 生产提供 了保障。 关键词 矿井风 门； 气动 ； 减震装 置 中图分类号 T D 7 2 6 文献标志码 B 文章编号 1 0 0 3 0 5 0 6 2 0 1 3 0 3 0 0 7 3 0 2 矿 井风 门是 矿井 通风 系统 中隔断 风流 和满 足行 人 和行 车过往 的通 风 构筑 物 ， 它 能保 证 井 下 风 流 按 照规定的路 线流 动。风 门 门框 和 门轴倾斜 8 0 。～ 8 5 。 ， 一 般利用 门扇 自重或 弹性 装置 的反 作 用力 来 实 现风f 1自行关闭。在 自行关闭过程 中， 门扇 由于惯 性和 井 下风 压作 用 ， 与 门框 接 触 瞬 间产 生 非 常 大 的 撞击力 ， 使门框震动 ， 引起周边封泥脱落 ， 并缩短风 门 的使 用 寿命 ， 影 响安 全生 产 。风 门开启 时 ， 一般 需 要 人 力或 借助 液 压气 动元 件 ， 在 门扇 受 到 强 风 压 作 用 时 ， 开启 十分 困难 ， 必 须通 过机 械 增力装 置 来开 启 风 门。 1 设计分析 1 ． 1 开启 力与 撞 击力 为保 证所设 计 的气 动半 开式 矿井 风 门能 够适 用 于各种 矿 井 ， 选 择 鹤煤 三矿 矿 井 风 压 最 大 的 2处 风 门进行 开启 力 与撞 击力 的试 验 。2处风 门 的具 体情 况 ①二水平南大巷 。风门门扇宽 1 ． 7 0 m、 高 1 ． 9 5 m， 开 启 力 为 1 ． 9 0 0 k N， 关 闭 时 门 扇 门 框 撞 击 力 1 ． 3 3 8 k N。② 三水 平 三 二 上 平 台。风 门 门扇 宽 1 ． 7 0 m、 高 1 ． 9 0 m， 开启 力 为 2 ． 0 7 0 k N， 关 闭 时 门扇 门框撞 击力 1 ． 4 8 5 k N。 1 ． 2开启 力与 开启 距离 矿 井风 门结 构 如 图 1所 示 。经 多 次 试 验 ， 风 门 开启 距 离与 对应 开启 力 的关 系 曲线 如 图 2所 示 。 由图 2可知 ， 风 门开 启 到 1 2 0 mm后 ， 曲 线逐 渐 与横坐标平行 ， 即开启力数值不再变化 ， 达到一个平 衡点 ， 由此可以确定气动半开式矿井风门的半开理 收稿 日期 2 0 1 21 01 9 作者简介 张 文东 1 9 8 6 ～， 男 ， 河 南焦作人 ， 助理工 程师 ， 2 0 1 0年 毕业于黄河科技大学 ， 现从事煤矿机械设计工作。 想距 离为 1 2 0 mm。 ． 一 J - ＼ 鲞 壁 ＼ 门框 风流方向 转轴 ＼门 扇 1 图 1 矿 井风 门结构 示意 Z R 皿 娶 开启距离／ m m 开启距离／ ra m a 二水平南大巷 b 三水平三二上平台 图 2风 门开 启 力 与 开 启 距 离关 系 2风 门减震装置结构及工作原理 2 ． 1减 震装 置结 构 气动半开式矿井风门的设计核心为减震装置 ， 该装 置 主要 由气 缸 、 高压 胶 管 总 成 、 气 动机 械 阀 、 加 长杆等组成 图 3 。 图 3 气动半开式矿井风 门动力减震装置结构 7 3 2 0 1 3 年第 3 期 中州煤炭 总第 2 0 7 期 2 ． 2工作 原理 在该减震装置中 ， 气缸安装在反 向风门门框距 底板 1 5 0 0 mm左右处 ， 气缸加长活塞杆顶端与正向 风门门扇轻轻接触。当行人 打开气动机械 阀时 ， 气 缸开始进气 ， 并推动活塞和加长杆迅速将门扇顶开 1 5 0 m m， 使风门前后压差迅速下 降， 达到轻松 开启 风 门 的 目的 。风 门 自动关 闭时 ， 在风 压 的作用 下 ， 门 扇会 推 动加 长杆 和活 塞 ， 进 行 排 气 、 复 位 ， 直 至 严 密 关 闭 。 由于气缸 排 气孔 较小 ， 排 气 时有一 定 的阻 力 ， 从 而起 到 缓 冲和减 震 的作用 。 2 ． 3 主要 参数 气 动半开式矿井 风门减震装置 的主要技术参 数 气缸行程 1 5 0 m m； 气缸推力 P≤1 6 0 8 5 N； 气缸 运动 速度 5 0～ 5 0 0 m m ／ s ； 适 应 压 力 范 围 0 ． 2～0 ． 8 MP a。 3应用效 果分 析 气 动半 开式 矿井 风 门在 鹤煤 三矿 的 二水平 南 大 巷和三水平三二上平台进行了安装 使用 ， 这两处风 门是 三矿 所 有在 用风 门中尺寸 最 大 、 受 风压 最强 、 最 难开启的。气动半开式矿井风门已安装使用 6个 多 月 ， 取得 了 良好 的应 用效 果 。 1 方便耐用。三水平三二上平 台风 门平均每 天开关达 3 0 0多次， 而二水平南大巷风门平均每天 开 关 达 6 0 0多次 ， 6个 多月 内 ， 除 了因 气 动机 械 阀达 到疲 劳极 限 更 换 过 1～2次 ， 还 没 有 出现 过 其 他 问 题 。 2 开关效 率高。当按下气 动机械 阀后 ， 风 门 开启 到理 想状 态 的 时 间 不 足 1 S ， 关 闭 风 门时 ， 风 门 接触到装置加长杆后 ， 只需 1 S 就能完全闭合 ， 提高 了整体工作效率 。 3 安装维修灵活。风门安装仅需 2人 、 2 0 mi n 即可 ， 若安装熟练还能进一步缩短 时间。减震装 置 分 为 四大结 构 ， 如 果 损 坏 ， 只 需 检 测 出 现 问 题 的部 件 ， 单一维修或更换 即可。而且各部件在市场上均 比较常见 ， 维修与维护 占用时间少 ， 对矿井 的正常生 产 不会 造成 影 响 。 责任编辑 许久峰 上 接 第 7 2页 由各信号控制箱 内部 的 P L C负责上下井 口信 息的采集 、 控制和通信。信号控制柜显示面板在相 应位置显示提升点数和安全 门开关状态等 ， 使信号 工 一 目了然 。上井 口信 号控 制 箱上 的转 换开 关可 实 现提人 、 检修和验绳等提升方式 的循环切换 ； 绞车房 信 号控 制 箱对 应 的继 电器输 出信号 对提 升 电控 系统 进 行 控制 ， 使 提升 机 按 照 相 应 的提 升方 式 速 度 曲线 运 行 。 3台信号控制箱分别放 置在上 、 下井 口信号房 和绞车房 ， 信号控制箱之间有通信电缆连接 ， 负责提 升方 式 和 点 数 的 通 信 传 送 。它 们 之 间配 备 直 通 电 话 ， 使 上 下井 口和车房 之 间联 系更 加方 便 。 3改造效 果分 析 平煤股份 十三矿副井应急提升系统改造后 ， 采 用全数字矢量变频调速控制 ， 实现了四象限运行 、 带 能量回馈 ， 且动态响应快 ， 控制智能 ， 易维护 ， 使系统 性能大 大提 高 。系统投 入使 用半 年来 ， 运行 可 靠 ， 对矿井安全生产和节能意义重大 。 1 提升系统改造前 ， 采用 T K D电控调速控制 ， 存在很多弊端 ①属于有级调速 ， 启动时各启动级上 电流冲击逐级增大， 过大的启动电流对机械设备造 ． 7 4 ． 成过大动态应力 ， 从而缩 短机械设备 寿命 ， 且对 电网有一定的冲击 ； ②T K D控制系统调速 时电阻发 热量大 ， 能耗大 ， 效率低 ； ③系统多为分立元器件 ， 继 电器和接触器动作频繁 ， 故 障率高 ， 维护量特别大。 系统 改造 后 ， 电控 系 统 采 用 全 数 字 变频 调速 控 制 系 统 ， 属于无级调速， 控制可靠 、 方便智能 ； 调速时变频 控制 ， 不 浪费 电能 ， 在 减 速 时 还 能 回馈 一 部 分 电能 ； 可实 现 软启 动 ， 启 动 电流 小 ， 对 系 统及 电 网无 冲击 。 2 系统改造后 ， 信号 系统采用 P L C对各种信 号进行逻辑运算 ， 并参与 电控系统提升方式 的控制 ， 避免了由于误操作造成的各种事故 ， 提高 了系统的 安全 可 靠性 。 参 考 文献 [ 1 ] 王永伟 ， 林 占川． 平煤 十矿 主井提升 系统改造 [ J ] ． 中州 煤炭 ， 2 Ol 1 7 6 4- 6 6 ． [ 2] 原慧军 ， 张燕军 ． 变频 调 速在矿 井 提升机 控制 系统 中的应 用 [ J ] ． 机械工程与 自动化 ， 2 0 1 1 3 1 9 1 1 9 2 ． [ 3 ] 李忠华． 浅谈高压 变频技术 在矿 井提升机 控制 中的应用 [ J ] ． 山东煤炭科技 ， 2 0 1 1 2 5 0 - 5 1 ． [ 4 ] 陈松立． 控制 电器与控 制系统 [ M] ． 徐 州 中 国矿业 大学 出版 社 ， 2 0 0 6 ． 责任编辑 许久峰