防水闸门远程控制系统的研究与应用

(山西焦煤霍州煤电集团有限责任公司团柏煤矿 山西霍州 031400）

摘 要：基于现有多数矿井防水闸门的缺点，详细介绍了防水闸门远程控制系统的设计方案与工作原理以及防水闸门各组成部分的结构特点、性能，通过在霍州煤电集团团柏煤矿下组煤+400水平的应用情况验证了系统的可靠性。

关键词：防水闸门 远程控制系统 应用研究 团柏煤矿

中图分类号：TD636文献标识码：A文章编号：1672-3791(2012)04(c)-0042-02

Abstract：Based on the disadvantages of prevention water gate，the remote control system of prevention waer gate was studied，the system characteristics such as the design project、design principle、structural feature and performance are also presented detailedly. Its reliability has been tested by field practice in tuanbai mine with 400 level。

Key words：prevention water gate；remote control system；application research；tuanbai mine

矿井水患是矿山建设和生产中安全隐患之一。预防和治理水患是一项重要的安全课题。建造防水闸门是预防水患普遍采用的方法。

地质条件复杂与有突水危险的矿井均设有防水闸门作为突水时的安全屏障，但由于有下列因素造成现有多数防水闸门不能及时关闭或关闭不严：(1)关闭闸门前需人工做的工作：关闭箅子门—拆除门前轨道—拆除机车架线—关闭防水闸门—关闭排水闸阀，在演习条件下做完这些工作需50min以上时间；(2)关闭时的滞后时间无法确定：突水时人员撤出后才能关门，此时间长短难以确定，当人员撤出后往往水位涨至轨面以上，轨道拆除将十分困难；(3)水能阻力：门扇在开启状态时与硐室边线有一仰角，水流动能迫使门扇向外位移，人力需大于水流动能才能转动门扇，当水位涨至轨面300mm时人工关闭已十分困难，当水位高于轨面400mm以上时人工就无可能关闭防水闸门，并威胁到现场操作人员的人身安全；(4)闸门处淤积负荷多：其原因多是箅子门结构不合理，未能最大限度阻截煤泥、砂石等杂物，闸门处淤积负荷大，导致门扇难以关闭严实；(5)电机车架线的阻碍：电机车架线不易拆除，导致门扇关闭不严；(6)风能阻力：一般情况下门扇关闭方向正与风向相反，由于负压的作用人工关闭非常困难。

鉴于以上原因，设计、研制出可远程操控的防水闸门系统对增强矿井防水安全就尤为必要。

1 设计方案及技术措施

1.1 设计纲要

要使闸门及时可靠地关闭其设计路径为：(1)将各设备单元列为一系统进行设计优化，使各设备单元的结构可满足配置动力装置的条件，实现自动化操作；(2)釆取技术措施最大限度减少闸门处的淤积负荷。

1.2 箅子门的设计优化

现采用标准图制造的箅子门格栅间距为100mm，即小于100mm的杂物就会向闸门处冲击，但由于硐室断面小于巷道断面，此处易淤积杂物，给门扇关闭造成困难或使门扇难以关闭严实；再之原箅子門关闭后人员就不能撤出。这些缺陷需在结构设计优化中解决。优化后的箅子门结构为两扇对开，门扇上部格栅间距小于50mm，下部为整体钢板，钢板与巷道面用橡胶板密封，并在两侧门扇中各设有安全门，专供人员经此撤出。这种结构既可通水又可有效阻截煤泥、砂石等杂物，最大限度地减少了闸门处的淤积负荷，为顺利关闭闸门创造了好的条件。

若门扇配置动力机构就可实现远程开、闭。

1.3 轨道拆除机构的设计

原闸门前需拆除的轨道由人工现场拆除，当硐室中设置双线轨道时工作量将倍增，当水位涨过轨面后人工拆除将十分困难，当突水量大时人们就无法到达现场去实施拆除工作，导致闸门不能关闭。因此轨道拆除需设置机械动力既可克服上述困难又可达到速拆的目的。具体结构为：将需拆除的轨道设计为活动轨道，活动轨道端头用用定位机构定位，使轨距与固定轨道一致，活动轨道长度大于门扇转动半径，分段绞接，尾部固定在硐室内，头部的连杆与钢丝绳固定，钢丝绳末端固定在液压马达滚筒上，当液压马达转动时就会使活动轨道自动叠折收缩在硐室内。

1.4 拆除机车架线装置的设计

机车架线高度距轨面为1.8m～2.2m处，线径为18mm左右，而门扇高度大于架线高度，所以门扇关闭时必须拆除。但有时受到专用工具及高度的影响不能拆除，导致门扇关不严实，降低了闸门使用效果。因此拆除机车架线只有配置机械动力才可达到速拆的目的。

具体结构为：将来水端导线与门前横梁绞接固定，后端导线与硐室内横梁绞接，设置油缸为驱动动力，油缸布置在硐室内，导线分两段并在中间用卡簧连接，当油缸运动时使卡簧张开，两端导线自然下垂，一段下垂至硐室内，一段下垂于门扇外。此装置分为带电拆除及不带电拆除两种方式，带电与不带电拆除装置仅是拆除段导体材料不同。若釆用带电拆除装置导线垂落高度要在轨面以上；若采用不带电拆除装置平常机车通行需靠惯性通过。

1.5 门扇关闭机构

以油缸为动力元件，油缸的活塞杆端部与门扇绞接，缸体尾部固定在硐室壁的支座上，当活塞杆前、后运动就可使门扇开启、关闭。

1.6 液压系统

（1）液压站：布置在硐室背水侧，高于轨面0.5m以上，为全密封结构，可承压10MPa。此种结构保证了液压站在水下正常工作的功能，为防水闸门开、闭提供了动力保障;（2）执行元件的行程控制釆用了最新的无触点技术，保证了在水下正常工作的功能。

1.7 电控系统布置

设有远程控制系统及就地控制系统，平常设于远控为模式，检修时可切换至就地模式。远控模式下可随机监测防水闸门的运行工况。

（1）远程控制系统。

工控机（控制终端）设在地面调度室，经光缆与井下PLC控制柜连接，由组态王软件管理运行，实时监测防水闸门的运行工况，为闸门关闭提供决策依据。

（2）就地控制系统。

由PLC控制柜及现场操作台等组成，设置在液压站硐室，并高于轨面1m以上；若需在现场操作可在操作台上按序开、停按钮既可。

1.8 安全措施

主要动力元件为一备一用，并可自行切换。当电力终断时由人工操作液压手动泵逐一拆除、关闭所控设备。

2 项目实施情况

团柏矿+400水平工作面为矿井主要带压开釆煤层，地质条件极复杂，正常涌水量为1500m3/h，为了防止突水灾害，在+400水平主运输大巷设置了防水闸门一座。闸门硐室净断面为（宽×高）4.43×2.70m2，运输方式为架线电机车双线运输。为了及时可靠地关闭防水闸门及保证操作人员的安全，团柏矿与武汉明清公司合作，设计、研制、安装了防水闸门远程控制系统。

该系统控制終端设在矿调度室，距井下+400水平防水闸门距离为7.8km，由于光缆路距长、焊接点多，信号衰减值大，光缆经重新焊接后信号才达到了正常传输值。显示屏很直观反映系统的在线工况。可据需要随时关闭闸门，并无需人员到现场操作。

此系统已投入使用近半年，自动拆除门前轨道、机车架线、关闭防水闸门、关闭闸阀。在远控制模式下关闭闸门的时间少于4min，达到了预期的设计目标。

3 优点及需改进的方面

3.1 优点

（1）全远程操作，全自动化运行，快捷高效，关闭时间短，保证了操作人员的安全。

（2）利于矿井数字化管理。

（3）若与集团公司总调度室连网，集团公司可随机监察各矿防水闸门的运行实况，便于专业部门的管理、决策。

3.2 需改进的方面

（1）闸门来水方向应设水位传感器，水位传感器信号传入控制终端，为关闭闸门提供参数。

（2）控制终端需与闸门前方区域的人员定位系统连网，当人员全部撤出后即可立即关闭闸门。

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