激光感应全自动风门在副斜井中的应用研究

曹志勇

（山煤国际能源集团股份有限公司， 山西 太原 030000）

引言

通风系统是煤矿生产系统中的重要组成部分，主通风机设备主要承担输送新鲜空气、排出粉尘的任务，而风门主要起到控制风量大小、方向，防漏风的作用[1-3]。风门可以有效保障煤矿井下有足够的新鲜空气，可以冲淡井下有毒有害气体和粉尘，可以调节井下气候，创造较好的工作环境。但是从当前煤矿井下风门的实践应用情况来看，风门一般采用人工手动操作进行开启，自动化程度不高，且常在风门位置发生安全事故，安全隐患较大[4-6]，因此，提供一种激光感应全自动风门并进行应用是非常有实践意义的。

1 经坊煤业概况及其副斜井风门情况分析

1.1 经坊煤业概况

山煤国际能源集团经坊煤业为国有重点煤矿，位于山西省长治县新建路115 号，1985 年始建，1988 年投产。经坊煤业矿井属沁水煤田，批准开采3 号煤层，瓦斯矿井，煤层平均厚度6 m，倾角2°～10°。老顶为中粒砂岩，厚度5.72 m；直接顶为石灰质泥岩，厚度1.66 m；伪顶为泥岩，厚度0～0.7 m；底板为粉砂岩，厚度1～9.9 m；顶板稳定。矿井正常涌水量为48 m3/h，最大涌水量为162.5 m3/h。采用立井斜井混合、单水平分区开拓方式，走向长壁综采放顶煤采煤，回采工作面采用液压支架支护。掘进工作面为综掘机掘进，采用锚网支护。主斜井采用胶带输送机提升，回采工作面采用刮板输送机运输，顺槽、采区及大巷内采用胶带输送机运输，进风立井提升采用落地式多绳摩擦轮式提升机，大巷、采区为无极绳绞车。通风方式为中央边界式，通风方法为抽出式。矿井采用双回路供电，矿井采用中央集中排水方式。

1.2 副斜井风门情况分析

经坊煤业副斜井斜长为2 913 m，倾角6°，采用砌碹支护，承担全矿材料设备下送及其他辅助提升任务，承担进风任务，是安全出品之一。

为控制副斜井风量大小、方向、漏风情况，在副斜井2 550 m 位置处设置有两道铁质风门，风门之间的间距为30 m。铁质风门的启闭主要是采用人工操作，自动化水平较低。当辅助运输车辆经过两道铁质风门时，必须由专职风门操作工进行开启和关闭操作。工作流程为：开启第一道铁质风门，车辆进入风门中间位置，关闭第一道铁质风门，开启第二道铁质风门，车辆出第二道铁质风门。

从辅助运输车辆进出副斜井风门的情况来看，安全问题频发，仅仅从2020 年1—12 月的情况来看，就已发生了5 起因辅助运输车辆失控撞击铁质风门的安全事故，造成了2 个轻伤及80 万元的经济损失。原因主要有：副斜井辅助运输车辆车流量大，副斜井运输效率不高，副斜井坡度影响行驶安全，风门岗位工作人员劳动强度大，风门启闭的自动化程度低。

基于以上原因，为提高副斜井风门启闭的自动化程度，提高车辆过风门的安全性，针对性地设计及提供了一种激光感应全自动风门，其可有效提高风门启闭的安全性，有效地降低工作人员的劳动强度。

2 激光感应全自动风门的结构及原理

2.1 风门结构

设计的激光感应全自动风门结构如下页图1 所示，该风门主要包括风门主体、风门收缩硐室、风门主体驱动装置、防夹激光感应装置、液压操纵杆、滑道、滑轮、风门导轨电感应器、激光感应器、风门收缩硐室、PLC 控制箱、机电硐室、操作硐室等结构。

图1 激光感应全自动风门结构示意图

风门主体由宽度为2.8 m 的2 个单独门体组成，风门主体总宽度5.6 m，2 个单独门体可以进行平移。

风门收缩硐室的设计尺寸为宽×深×高=1.2 m×2.6 m×5.0 m。风门收缩硐室内安设有风门主体驱动装置，风门收缩硐室口安设有防夹人激光感应装置。当激光感应器采集到相关信号后，会触发收缩风门硐室内的风门主体驱动装置，进而可以驱动液压操纵杆实现对风门的开启或闭合作业。同时在设置风门收缩硐室口安设的防夹人激光感应装置，可以在采集到风门处有夹人现象发生后，使得激光感应器触发驱动液压操纵杆开启风门。

风门安设的激光感应器由激光发射器和激光接收器两部分组成，激光感应装置安装位置为距风门10 m 处巷帮上，高度为距巷道底板1.5 m。激光感应器接收器部分采用通信电缆与PLC 控制箱进行连接，对采集到的信息进行分析处理，并发布动作指令。

在巷道顶、底板位置安设2 根5.6 m 的滑道，并采用锚杆固定。风门门体通过滑轮与滑道连接固定。

2.2 风门工作原理

第一，当副斜井辅助运输车辆运行至设置在风门前方10 m 位置时，该位置处的激光感应器能采集到相关信号，并将信号传递至PLC 控制柜。

第二，PLC 控制柜对接收的信号进行分析处理后，发布“开启”动作指令，风门主体驱动装置驱动液压操纵杆将风门门体快速拉入风门收缩硐室内。

第三，第一道风门在开启过程中，由“PLC 控制箱+联锁开关”实现对第二道风门的闭锁，当副斜井辅助运输车辆运行进入第一道风门后，激光感应器采集到相关信号，并将信号传递至PLC 控制柜进行分析处理，发布“关闭”动作指令，此时第一道风门在液压作用下复位，收缩在风门收缩硐室内的风门复位进行风门关闭。

第四，第一道风门关闭后，PLC 控制柜对采集到的信号分析处理后，在联锁作用下发布对第二道风门的“开启”动作指令，同时闭锁第一道风门。

第五，若风门在关闭状态下有人员或车辆强行通过时，设置在风门收缩硐室口的防夹人激光感应装置可以采集到信号，并将信号传递至PLC 控制箱，经分析处理后风门会发布“开启”动作指令，驱动液压操纵杆开启风门，以免发生夹人安全事故。

3 实践应用及效果分析

经坊煤业从2021 年1 月对该煤矿副斜井原2 道

铁质风门进行改造，安设了一套激光感应全自动风门，经安装调试并投入应用。从2021 年2 月—2022年

1 月期间，激光感应全自动风门的运行整体稳定，能有效安全地实现风门的启闭，保障了副斜井人员及辅助运输车辆的安全通行。对比改造之前的风门设计，

改造后激光感应全自动风门的应用效果理想。激光感

应全自动风门的自动化程度较高，可以实现风门的自动启闭，无须人员操作，不需要设置专业岗位，可实现

无人值守。

激光感应全自动风门应用后，副斜井风门位置没

有发生一起因辅助运输车辆发生碰撞的安全事故，安

全效益显著。激光感应全自动风门应用后，全年可节约人力成本费用约25 万元，全年可节约风门维修费用约33 万元，经济效益显著。