煤矿井口安全门应急操作阀的设计与应用

摘要：在煤矿副井立井提升系统中，《煤矿安全规程》规定：安全门必须与罐位和提升信号联锁。生产现场实际使用过程中安全门电磁阀电源中断后，井口安全门将无法正常开关，人员无法进出罐笼。研制一种应急情况下不依靠供电电源，实现简单、可靠操作安全门打开、关闭的机构非常必要。文章对煤矿井口安全门应急操作阀的设计与应用进行了探讨。

关键词：煤矿开采；井口安全门；应急操作阀；换向阀；应急提升；手动换向 文献标识码：A

中图分类号：TD679 文章编号：1009-2374（2016）09-0157-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.09.077

兖州煤业股份有限公司鲍店煤矿副井井筒净直径8米，井深502.2米，最大提升距离478.2米，设有3个工作水平：第一水平为井口+44.82米；第二水平为-350米位置；第三水平在-430米位置。副井安装两台从波兰引进的2L-5000/2000落地式提升机，分东西布置，其中西提升机为双罐笼提升机、东提升机为单罐笼带平衡锤提升机。西提升机工作于第一水平和第三水平之间，主要负责提升和下放人员、矸石和材料；东提升机工作于3个水平之间，主要负责提升和下放人员、大型设备、超长物料等。大罐每层限乘42人，小罐每层限乘32人。副井提升系统担负着各水平人员和物料的上下井运输。为保证人员运输安全，各井口均设有安全门，由气控阀件控制气缸动作，实现安全门开关。人员进入罐笼后，安全门关闭，摇台抬起，位置开关将安全门和摇台状态反馈到提升机信号系统，使信号系统具备发出信号条件，信号工方可发出开车信号。《煤矿安全规程》要求，升降人员和主要井口绞车的信号装置的直接供电线路上，严禁分接其他负荷，因此井口安全门电磁阀由井口操车系统进行供电。但在实际使用过程中，井口操车系统供电取自井下变电所配电线路，存在因线路故障断电的情况。罐笼运行到位后，因电磁阀控制电源中断，安全门无法正常动作，人员无法进出罐笼。在供电系统短时间无法恢复的情况下，需维修人员拆除安全门与气缸的连接，人工推拉安全门，实现人员进出罐笼，既不安全，同时也因处理人员到位的情况影响提升系统的安全运行。

1 井口安全门的工作原理

安全门气控系统的控制必须与井口操车系统、信号系统相互配合。罐笼到位后，井口信号工发出停车信号，停止信号经信号系统传送到提升机主控系统，提升机司机及时停车后，井口信号工按下“打开安全门”按钮，操车系统启动液压泵站通过换向阀控制摇台的驱动油缸动作，放下摇台，摇台到位后，发出到位信号。安全门具备开门条件，安全门气控系统电磁阀得电，安全门打开，人员可以进出罐笼。当罐笼需要运行时，信号工按下“关闭安全门”按钮，安全门电磁阀反方向得电，安全门关闭，并将信号传送到操车系统，驱动液压站抬起摇台。同时将摇台和安全门状态传输到绞车控制系统，绞车具备运行条件，信号工根据需要运行位置，发车开车信号点，绞车司机操作提升机运行。

井口安全门气控系统（如图1）采用一个二位五通双电控换向阀（3）控制一个气控换向的二位五通主阀（4），实现安全门气缸（6）的动作，带动罐笼安全门运行。安全门上安装有感应的位置开关来监视安全门的开关状态。为了避免电磁阀断电后安全门误动作，电磁阀（3）为双电控电磁阀，阀芯的每一个方向的动作，必须由两端的电磁阀通电来实现，断电时，主阀（4）不换向，安全门处于之前位置。气控回路中的压风仍作用在气缸上，人工无法打开或关闭安全门。安全门的开关状态是与提升系统进行联锁，因此绞车无法正常运行。

1.供风管路；2.减压阀；3.双电控电磁阀；4.主阀；5.手动换向阀；6.气缸

图1 气控原理图 图2 气控原理图（改造后）

2 气控回路改造

在操作系统断电的情况下，为了能实现安全门在应急情况下的开关，必须通过手动操作来改变气控回路压力风的方向。以往采用倒换控制风路进风和回风管的做法，强迫主阀（4）阀芯换向。罐笼每一次运行都需操作，且需专业维修人员操作。操作时，管路内带有压风，存在一定的安全隐患。为实现操车系统断电的情况下安全可靠地操作安全门，进行人员提升，在安全门原气控回路中增加一个两位四通手动换向阀（5）（如图2）。正常提升过程中，阀芯位置只使气流正常流通，对原气控系统不存在影响。应急情况可手动操作阀芯换向，改变管路中压力风的方向，实现安全门打开和关闭，从而保证人员能及时进出罐笼，恢复提升机运行。

在原来连接气缸的管路中串联的两位四通换向阀采用原气控回路中的二位五通主阀进行改造而成。通过比较二位五通和二位四通换向阀的阀芯和阀体的结构，若在阀体上部开两个气孔，用风管进行连接。加工密封垫片将一路出风口截断，便可通过结构的改变，将两位五通阀改造成两位四通阀。为使原有的风动换向，改为手动操作换向，通攻丝将阀芯与一侧气动换向阀的活塞连接到一起，并采取可靠密封。通过连接杆与阀体外侧制作的固定座和操作杆连接到一起，通过操作杆实现阀芯换向。改造后手动操作的二位四通阀，不会受安全门断电时的位置影响，只要推动阀芯即可实现反方向运行，简单实用，安全可靠。

3 阀芯及阀体的改造

换向阀的作用是改变阀芯在阀体内部的相对工作位置，使阀体各接口连通或断开，从而控制执行元件的换向或启停。二位五通换向阀的工作原理和符号，如图3（a），在左图位置为初始位置，压力风由P口进入，由B口排出；A口和T1口连通，可实现气缸一个方向的运动或始终处于带压状态。通过电磁阀或先导阀实现阀芯向右动作后，在阀芯的作用下，压力风由P口进入，由A口排出；B口和T2口连通，实现气缸相反方向动作。

二位四通换向阀的工作原理和符号，如图3（b），在左图位置为初始位置，压力风由P口进入，由B口排出；A口和T口经过阀体内管路连通，可实现气缸一个方向的运动或始终处于带压状态。通过电磁阀或先导阀实现阀芯向右动作后，在阀芯的作用下，压力风由P口进入，由A口排出；B口和T口连通，实现气缸相反方向动作。 图3

通过对二位五通和二位四通阀阀芯、接口和阀体结构的对比，发现如果在二位五通阀的阀体上增加一路管路将T1和T2口连通，并将T1口下部截止后，完全可以实现二位四通阀的作用，如图3（c）。

4 现场应用

因现场安全门按两侧布置，每个罐笼进出人侧，各安装一个安全门。安全门气缸管路采用并联连接，通过三通将管路分接到两侧气缸。改造后的两位四通阀可直接安装在气控管路的进、回气管路上。为了保证现场的安全使用，将气控阀安装在操作箱内，并在手柄上安装好闭锁销，阀件的另一侧安装闭锁机构，防止人员误操作。气控阀安装完成后，调整好阀芯位置，使气缸处于正常工作位置。恢复闭锁机构和闭锁销子。一旦气控系统电磁阀电源中断后，井口把钩工可迅速拆下闭锁销子，打开闭锁机构，通过推拉手柄，操作换向阀实现，改变气路的目的，实现应急开关安全门，恢复提升系统运行。在现场的实际使用过程中，应急操作阀操作简单、动作可靠，完全实现了设计要求。

5 结语

井口安全门应急操作阀及成套装置，包括二位五通双电控换向阀、二位五通换向阀和气缸，三者依次连通，在二位五通换向阀和气缸之间设置能够改变气压方向的换向阀，换向阀的一侧设置有用于控制气流变换的操作把手，使井口把钩工能够手动换向阀。当二位五通控制阀正常工作时，通过改变二位五通双电控换向阀的不同气路以达到控制二位五通换向阀的目的，二位五通换向阀与气缸直接连接，可控制气缸的运动方向，实现控制安全门的打开与关闭。而当电源断电时，二位五通双电控换向阀无法换向，进而导致二位五通换向阀和气缸无法工作，二位五通换向阀中的气流无法换向，气缸无法改变气压方向，安全门无法正常移动。此时可通过手动控制换向阀来改变气流的方向，换向阀的作用在于使原本流通的气流交叉换向，也即原本进气的管路变为出气管路，原本出气的管路变为进气管路，因此气缸的气压方向改变，实现了控制安全门改变开关状态的目的，在断电的情况下也能实现开合。科学合理地对阀芯、阀体进行改造，使二位五通阀具备二位四通阀功能。巧妙设计手动操作机构和安全闭锁机构，可实现安全门电磁阀断电情况下气路的自由换向，不受安全门初始位置影响；不操作时，对原气控系统无影响。利用原气控系统换向阀进行改造，不需要购置新阀件及其他设备，节省了资金投入。巧妙利用换向阀的结构特点，使之能够达到预计要求。该安全门应急操作阀的使用杜绝了因电磁阀断电可能带来的不安全因素以及人身事故，为立井人员安全提升提供了安全保障，确保了矿井提升系统的安全运行，也为自动化程度不断提高的立井提升系统提供了一道简单但可靠的安全保障。

参考文献

[1] 丁树模.液压传动（第二版）[M].北京：机械工业出版社，1997.