黄晓伟

（山西焦煤霍州煤电安全监管中心，山西 霍州 031400）

1 工程概况

山西焦煤霍州煤电集团汾源煤业位于山西省静乐县杜家村镇，井田面积12.698 6 km2，保有资源储量为20 265 万t，设计可采储量5873 万t，设计生产能力120 万t/a。汾源煤业采用斜井单水平开拓方式，主斜井采用带式输送机进行提升，辅助运输方式采用无轨胶轮车，煤矿地面至井下各工作面设备材料均采用无轨胶轮车进行直达运输。副斜井井筒为缓坡布置，净宽4.5 m，净断面14.70 m2，井筒斜长L=2802 m，倾角α=10°，井口砌碹支护，其余为锚网喷支护。副斜井担负矿井矸石、材料设备、人员运送任务等辅助提升任务，同时副斜井也兼作矿井的进风井和安全出口。

为有效控制副斜井风量大小、方向及漏风情况，保障辅助运输车辆顺利通行，在副斜井2439 m 处设置有两道铁质风门，铁质风门距离为30 m。在铁质风门处设置有风门启闭岗，有专门的工人来开启和关闭风门。从之前的情况来看，铁质风门启闭过程劳动强度大，自动化和智能化水平较低。当副斜井中的辅助运输车辆需通行时，必须通知岗位员工进行操作。副斜井辅助运输全部采用无轨胶轮车运输，副斜井车辆通行流量大，岗位工作人员工作时间长，人工开启导致其劳动强度大。由于副斜井坡度高达10°，严重影响到司机的行车安全。

2019 年11 月至2020 年10 月的统计数据表明，运输车辆因失控发生6 起撞击铁质风门事故，撞击事故造成15 位工人轻伤，同时车辆及风门设施的维修费用共90 多万元，造成煤矿通风系统存在安全隐患。针对汾源煤业车辆在副斜井通风铁质风门通行中存在的多种安全问题，设计一种新型基于全自动激光感应的风门[1-6]。该风门能有效实现风门启闭的全自动化作业，风门启闭过程的安全性和可靠性较高，设备的运行自动化和智能化程度高。

2 基于激光感应的全自动风门的设计

2.1 风门结构

设计的基于激光感应的全自动风门结构如图1所示，包括1#单门体、2#单风门体、风门主体、机电硐室、操作硐室、联锁开关、液压操纵杆、风门收缩硐室、人行通道风门、滑道、旋转齿轮、激光传感器、PLC 控制箱等结构和部件。

图1 激光感应全自动风门结构示意图

该基于激光感应的全自动风门设计中，每道风门主体均采用2 道单独门体组成，单独门体宽度设置为2.8 m，2 道单独门体总宽可达5.6 m，2 道单独门体之间能进行重叠及相互平移，保障车辆的安全通行。

设计的风门收缩硐室主要是风门开启时容纳风门，尺寸设计：宽×深×高=1.2 m×2.6 m×5.0 m。风门收缩硐室口位置安设有防夹人激光感应装置，通过激光感应，确保当风门处有行人被风门夹住时，会自动开启风门，保障行人通行安全。风门收缩硐室内部安设有风门驱动装置及液压操纵杆，是实现风门启闭的动力，驱动装置对液压操纵杆进行推动及自动回位来实现对风门的启闭动作。

激光感应器的激光发射器部件安装在距风门外12 m 位置巷帮上，与巷道底板保持1.6 m 高度；接收器部件与系统PLC 控制箱连接，采用PLC 控制箱对信号进行集中分析和处理，按设置的方案针对性发布动作指令，保障风门的全自动启闭。

在副斜井顶板、底板分别安设1 根长度5.6 m的滑道，锚杆固定，风门门体通过滑轮与滑道连接固定。该设计可以实现风门门体在滑道内自由运行。

2.2 风门工作原理分析

（1）当运输车辆运行至距风门12 m 位置时，激光感应器采集信息，将车辆到达信息传送给PLC控制箱。

（2）PLC 控制箱对接收到的车辆到达信息经过处理，发布风门“开启”指令，动力驱动装置动作，液压操纵杆将风门门体拉入到风门收缩硐室，进而完成风门“开启”。

（3）第一道风门开启同时，PLC 控制箱+联锁开关对第二道风门进行闭锁，从而保障通行安全。当车辆完全进入第一道风门后，激光感应器将车辆进入信息传递至PLC 控制箱+联锁开关，进而发布第一道风门“关闭”指令。此时风门驱动装置断电，风门自动复位，完成风门“关闭”。

（4）第一道风门关闭后，PLC 控制箱+联锁开关对第二道风门发布“开启”指令，在对第二道风门进行开启的过程同时对第一道风门进行闭锁，保障车辆通行安全。

（5）当车辆驶出第二道风门后，PLC 控制箱+联锁开关对第二道风门驱动装置断电，风门在液压作用下进行自动复位。

（6）风门在关闭过程当中，如发生车辆及行人在无指令情况下强行通过风门时，风门收缩硐室口设置的防夹人激光感应装置将采集到的信息传递到PLC 控制系统，PLC 控制箱+联锁开关即对相应风门发布“开启”指令，打开风门，让车辆及行人安全通过，保障车辆不会与风门发生碰撞事故，有效地保障了煤矿井下活动的安全。

3 实践应用及效果分析

2020 年10 月1 日至2020 年11 月30 日，汾源煤业技改科对该煤矿副斜井原铁质风门完成了基于激光感应的全自动风门的安全改造项目，激光感应全自动风门安装调试并于2020 年12 月投入到实践应用当中。从2020 年12 月至今，副斜井安装的基于激光感应全自动风门已正常运行1 年之久，基于激光感应全自动风门整体运行正常，能正常实现风门的全自动启闭，车辆及行人能按要求通行风门，应用效果理想。

基于激光感应全自动风门在汾源煤业副斜井中的应用具有以下优点：风门启闭自动化及智能化程度高；现场不需要工作人员辅助，可撤销风门操作岗位，实现风门位置无人值守，减人降耗效果显著；降低了工人的劳动强度；降低了车辆碰撞事故发生率。

基于激光感应全自动风门在汾源煤业副斜井中应用后，在风门位置无一起车辆与风门碰撞安全事故发生，车辆通行的安全性和可靠性较好。对比之前，基于激光感应全自动风门的改造应用可节约人力成本28 万元/年，节约车辆及风门维修费用33万元/年，每年可为企业创造经济效益61 万元，经济效益显著。