矿井气动风门及气动闭锁装置的设计

为解决煤矿井下风门开启困难的问题，设计了气动风门及气动闭锁装置。介绍了矿井气动风门及气动闭锁装置的设计思路，阐述了其工作原理及使用中应注意的事项。该气动风门及闭锁装置采用压缩空气控制，无任何电气设备，安装及维护简单，适合在瓦斯矿井使用，尤其在高瓦斯矿井或煤与瓦斯突出矿井，可以避免电气设备失爆的问题。

矿井气动风门设计思路
气动风门采用人工操作，井下压缩空气作为动力，通过气缸伸缩来带动风门开关。在每个风门两侧，各安装有操作阀。人员走近风门时，操作阀门，气缸收缩，风门打开。通过风门后，操作另一个阀门，气缸伸出，风门关闭。一组风门中的 2 道风门必须具有闭锁装置，一个风门打开后，另一个风门气缸闭锁，风门不能打开。操作流程如图 1 所示。气动风门控制原理如图 2 所示。

矿井气动风门受力状态分析
正常情况下，2 道风门处于关闭状态，作用在风门上力的大小与风门两侧风压差和风门的面积有关。风压差越大，风门面积越大，开启风门所需要的力就越大; 反之，风压差越小，风门面积越小，开启风门所需要的力就越小。风门开启后，风门两侧风压相等，继续开启风门只需要很小的力即可。因此，通过测量风门两侧风压差就可知道开启风门所需要的力。

矿井气动风门气缸的选择
( 1) 气缸类型。气压传动中，将压缩气体的压力能转换为机械能的气动执行元件称为气缸。作往复直线运动的气缸按驱动方式可分为单作用气缸和双作用气缸 2 种。①单作用气缸: 仅一端有活塞杆，防爆类型为矿用本质安全型。防爆标志为 ExibⅠ，从活塞一侧供气聚能产生气压，气压推动活塞产生推力伸出，靠弹簧或自重返回。②双作用气缸: 从活塞两侧交替供气，在 1 个或 2 个方向输出力。
在井下，需要控制风门的开和关 2 种状态，因此，选用双作用气缸来驱动风门。
( 2) 气缸缸径。赵固二矿井下压缩空气管路中，压缩空气的压强为 0. 5 MPa，根据风门受力测试结果，打开风门需要的力按 1 641. 6 N 计算，据气缸理论出力表( 表 2) 查出，选用80 mm 的气缸合适。为使 2 个气缸不同时动作，避免风流短路现象，对 2 个气缸实现了气动闭锁。当 1#气缸活塞杆收缩，打开风门时，气缸给出 1 个气信号，控制 2#气缸的总气源，2#气缸因无压缩空气而不能动作; 当 1#气缸活塞杆伸出，关闭风门时，对 2#气缸解锁; 当 2#气缸活塞杆收缩，打开风门时，气缸给出 1 个气信号，控制 1#气缸的总气源，1#气缸因无压缩空气而不能动作; 当 2#气缸活塞杆伸出，关闭风门时，对 1#气缸解锁，从而实现气动闭锁。气动闭锁装置通过气控阀来实现，设计时，将所有的控制装置集中在一起。使用时应注意以下几点。
( 1) 只有当一道风门*关闭时，另一个风门才会解锁。因此，要加强职工培训，必须等第 1 道风门*关闭时，再去开下一道风门。( 2) 要保证压缩空气的质量，若压缩空气中杂物过多，则易损坏闭锁装置。因此，要加装空气过滤装置。