CN102410044A - 爆炸波释放卸压后自动复位的立风井防爆门 - Google Patents

Abstract

爆炸波释放卸压后自动复位的立风井防爆门，属于煤矿通风安全技术领域，解决的是井下爆炸波冲击立风井口时：防爆门快速卸压释放爆炸波气压、防爆门安全地自动复位关闭井口、保护通风机装置安全运转正常通风。该防爆门的顶部和壳体面上分别设置有模板释压装置与可自动复位关闭的先导卸压装置的天窗；设置有双向同步运动的四组液压缸拉推防爆门沿缸筒<轨道>自动升降与液控和电控系统；还设有在机房和泵站内操作门体升降液压缸的控制装置实现自然通风及反风运行；采用磁钢吸合天窗锁定实现反风无需人为操作。该防爆门运行与升降控制的复合技术系统安全可靠、远程控制操作便捷快速，在偶发事故之时通风机安全运转通风，实现了防爆门<防爆>功效。

Description

爆炸波释放卸压后自动复位的立风井防爆门

技术领域

本发明涉及一种煤矿立风井防爆门，尤其涉及在其顶盖上和壳体面上设置爆炸波冲击致动开启后可自动关闭的结构的防爆门，属于煤矿通风安全防护技术领域。

背景技术

防爆门是煤矿矿井通风系统重要的安全设施；立风井防爆门专门用于矿井主要通风机是抽出式的立井出风井，安装布置在出风井同一轴线上的井口平台面上。

防爆门的功用是：1.当井下发生瓦斯煤尘爆炸产生的爆炸波冲向立风井口时，防爆门能随即上升开启卸压，避免爆炸波气压冲向通风机，保护通风机装置正常运行；爆炸波消失过后，防爆门依靠自重并同通风机负压吸回下降复位关闭井口；2.正常通风时防爆门依靠负压保持关闭状态；3.因故停止通风机运转期间，防爆门应依靠平衡重锤牵引力并同井口内外产生的空气压力差自由上升开启，利用自然风压进行通风；4.当井下发生事故灾变实施反风或进行反风演习时，操作反风装置将其防爆门固定闭锁，在10分钟内实现反风。

现有技术立风井防爆门的技术文件及文献是，1.项目名称：立风井防爆门施工设计书图名：防爆门；门体设计单位：煤炭工业部武汉煤矿设计研究院设计日期：1979年6月代替项目号：B78-375批准文号：(79)766适用范围：煤矿矿井主要扇风机的主要出风井执行时间：自设计文件批准日起。2.煤炭工业部《<煤矿安全规程>1986年版执行说明》第三十八.装有主要扇风机的出风井口防爆门的设计要求。第四十四.矿井反风演习和反风设备的检查。3.《<煤矿安全规程>二·二·一通风》1986年-2010年版。

现有技术的立风井防爆门设施如图1、图1A-图1D所示，由四部分组成：一.防爆门-联接一体的门体8、座板10和底座架；二.四组重锤装置-包括：重锤架4、重锤组5、滑轮组6和钢丝绳7；三.八组反风装置-压紧板梁2和紧固螺栓3；四.油液密封砼体-油槽9和贮油井1通连。

现有技术的立风井防爆门存在的问题与缺陷：

1.防爆门在失衡失稳、无轨运动上升开启中被损坏：(1)井下爆炸波流径立风井与风硐叉口形成急变流偏离出风井轴线冲击防爆门，致使门体底座架倾斜地脱离油槽时受到卡阻变形损坏；偏离门体重心的反作用力使门体脱开钢丝绳牵引被抛出井口空中远处坠毁；(2)牵引门体的四个支承座间的质量不平衡、重锤不平衡、运动机件阻力不等形成卡阻停滞，四组重锤牵引门体上升不能同步造成牵引机构破坏、壳体局部爆裂变形；(3)因此门体不能完全上升开启卸压时，爆炸波经风硐冲向通风机使其机组被破坏、人员伤亡。

2.爆炸波消失过后，防爆门不能关闭井口，矿井通风中断：(1)门体即便没有破坏，但倾斜地滞留在井口上方没有外加动力不能自行下降复位；(2)门体或爆裂变形或被抛到井口外损毁，均不能关闭井口；(3)通风机已破坏。因此矿井不能正常通风。

3.自然通风时，需要增加人力物力完成门体升降：(1)因故停止通风机运转时，略大于门体重量的重锤不能牵引门体并同井口自然风压上升，需要多人力物力对重锤组分配调整平衡，同时拖曳或托擎牵引门体同步上升开启到位、之后下降复位关闭井口；(2)多人员在井口边缘高空作业危及安全。

4.反风运行时，反风操作超出规定时间，不能及时反风：(1)八组反风装置由正常位置解除固定、再旋转压入门体座板反风位置锁定，司机一人操作时间至少10分钟以上；(2)机房到立风井口有20～40几米远登高作业完成门体闭锁，之后进行相关程序的操作，到实际改变井巷风流方向的总时间超过规定10分钟，难以及时反风。

现有立风井口油槽、贮油井、重锤架基础座面与基础螺栓等属于建井工程设计的砼体构筑物，不容改动。

发明内容

本发明爆炸波释放卸压后自动复位的立风井防爆门要解决的技术问题是：1.井下爆炸波冲向立风井口时，防爆门快速反应卸压释放爆炸波气压，防护防爆门完好无损、保护通风机装置正常运转；2.爆炸波消失过后，防爆门自动下降复位关闭井口；3.门体升降同步、平衡平稳地沿导轨运动；4.反风操作或自然通风操作，快捷方便安全可靠，实现机房内远程控制和程序控制。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：

本发明由防爆门、先导卸压装置、膜板释压装置、永磁机构、门体升降液压装置和液压传动与控制系统等组成。

防爆门，是底座架、中部座板和上部壳体构成的刚性整体结构。底座架依然落座于现有井口油槽中；壳体梁由现有八架梁增改为十二架梁；弃除现有的重锤装置和反风装置。

所述的先导卸压装置，由四组天窗和八套传动装置组成，均匀布置在壳体面上。

1.天窗，爆炸波气压致动天窗开启的窗口是爆炸波先行排泄卸放的流通孔口。每一组天窗的纵向中轴线两侧对称布置相对开启与关闭的左、右两窗扇，并通过同一组合页轴支承套支承在纵托梁上，纵托梁两端同上、下两件平行的横托梁固联，两件横托梁同左、右两架壳体梁固联一体。

在每四分之一壳体面上中心素线两侧的两架壳体梁中间均匀开设一组天窗口并分列两个窗扇，左、右两窗在完全开启时限定位置的立面夹角是6°～9°以内，爆炸波消失过后，两窗板因其重力偏离合页轴重心而同步跟随传动装置自动降落复位关闭窗口，即关闭井口。

2.传动装置，是左、右窗扇安全可靠开启和准确复位关闭、限定天窗沿合页轴转动在空间位置的两组同步对称运动机构的组合装置。每套传动装置由两两相同规格的齿轮、齿轮轴、带有限位挡块的摇杆、连杆、铰接支座和机架等构件组成。

每组天窗使用两套传动装置，布置在纵托梁横轴线两侧下方。每套装置的左、右运动机构通过连杆支座同左、右窗板面固联一起；装配在机架上两平行齿轮轴上的齿轮及运动构件，是具有反向、弧形啮合式的两组同步对称运动机构，机架经支撑座安装在纵托架上；两件带有限位挡块的摇杆对称夹持一件齿轮固联为一组构件，限位挡块约束天窗限位开启锁定。

所述的膜板释压装置，是顶置式释压膜板顶盖，由低韧性铸件薄膜板、压板、密封垫、紧固组件和顶架构成。顶架外圈同壳体梁、壳体钢板固联一体，顶架内圈凹台止口内放置膜板，通过压板和螺栓紧固锁定。膜板的额定压力是本立风井通风机正常通风或反风运行时最大风压力1.25～1.4倍以内，当超过膜板额定压力的爆炸波冲击防爆门时，顶盖膜板即时被鼓开释放爆压冲量，实现急速先导释压。爆炸波消失过后、防爆门回落井口位置时即可及时用备用膜板补换顶盖封闭井口。

所述的门体升降液压装置，是四组为门体升降同步平衡沿液压缸<轨道>运动的导向装置，也是自然通风升降门体与反风运行时顶压防爆门锁定机构。该装置由悬臂梁立架、立架梁端部固定座、液压缸和铰接支承座等组成。立架支承在现有重锤架底座基础面上；液压缸通过法兰螺栓与立架上的固定座联接，是缸体固定、活塞杆运动的垂直安装形式，液压缸后端尾部安装方式为法兰结构，前端头部为球铰耳环铰接在支承座上，支承座同壳体梁固联；液压缸具有缓冲装置和导向套结构，实现约束门体升降沿缸筒<轨道>导向运动。

所述的永磁机构，是永磁材料制成的长形的磁场源磁钢，是正常通风及反风运行时吸合天窗关闭的锁定装置。每组天窗共用两组四件磁钢，左、右窗扇各用一组两件磁钢：在左、右窗扇的外侧窗口下方的两边壳体梁内侧立面或平面中、以天窗横向中轴线为对称纵向布置各自的两件磁钢。

每组天窗磁场源的总吸合力是本通风机反风运行时最大风压力的1.2～1.4倍以内，当超过磁场源总吸合力的爆炸波气压冲击防爆门时，天窗随即开启排泄卸放爆炸波冲量，实现快速先导卸压。

所述的液压传动与控制系统，是液压泵站、液压缸、液控与电气传动程序控制等组成的复合功能系统。

1.液压泵站，特别设置由多个蓄能器构成的蓄能器组作为液压缸应急动力源：当偶发事件发生且泵站又停止运转时，蓄能器组内势能可满足短时瞬间向液压缸供给压力油，执行活塞杆缩回拉起防爆门上升开启。设置压力控制器监控蓄能器组工作制。

2.正常通风期间的液压缸是长时不动待备工况，其进、出油口的设定是：无杆腔的油口为溢流回油出口，有杆腔的油口为进油口且关闭。

爆炸波冲击防爆门时，(1)防爆门急速上升推动活塞杆使液压缸油压上升，油液经无杆腔出油口开启流入液控系统先导溢流阀后进入油箱卸荷；(2)设置在立风井中检测爆炸波风压及风速传感器的传感信息传递到地面监控处理中心，其电信号通过控制系统程序控制，将蓄能器组的液压势能转换为向液压缸有杆腔开启进油口供给压力油，活塞杆快速缩回拉起防爆门开启卸放爆炸波气压。

(3)防爆门开启到位传感信号通过控制程序对液压缸进、出油口转换：有杆腔的油口为出油口关闭、无杆腔的油口为进油口关闭，进入活塞杆运动换向控制程序准备。

(4)爆炸波消失的传感信号反馈量与时间延迟相结合的程序控制方式，使液压缸执行活塞杆伸出推顶防爆门下降，实现防爆门自动快速复位关闭井口。

(5)防爆门关闭到位的传感器信号通过程序控制对液压缸进、出油口转换：有杆腔油口为进油口并关闭，无杆腔油口为溢流回油出油口，即恢复到正常通风时的液压缸工况。

3.液控与电汽传动程序控制系统，由数据采集处理、液控主要液压回路和电气控制系统组成。

(1)数据采集与监控是：①爆炸波气流的风压、风速物理参数；②防爆门工作位置；③液压缸伸、缩与油口转换工况；④泵站泵组启、停工况；⑤蓄能器组工作制工况；⑥供、配电工况。

(2)控制液压系统是以电磁、电液或电液比例等控制阀通过电气控制与可编程控制器发出的电信号控制转换为液压控制信号为主要方式的液控系统。

液压回路主要有：①四组液压缸伸、缩运动的双向同步回路；②液压缸活塞运动的换向、控制、锁紧回路；③液压缸进、出油口的换向回路；④蓄能器组工作制与泵站泵组开启供油或卸荷、停机控制回路；⑤蓄能器组应急向液压缸供压力油的转换控制回路。

(3)电气控制，是基于可编程控制器与组态王的防爆门和液压缸远程监控系统。有自动、远程、就地(即近控)三种控制方式实现对防爆门与液压缸等控制。

①自动控制方式数据采集、处理转换为标准电压或电流信号，经可编程控制器设定的程序指令电控元件与液控回路，实现对液压泵站、液压缸、蓄能器组工作制与转向液压缸供油等控制。

②远程控制方式反风运行：在机房内通过<远控>转换器与操作按钮控制液压缸，执行活塞杆伸出顶压防爆门锁定；反风结束时，再操作控制液压缸执行活塞杆解除对防爆门的锁定之后，程序控制液压缸进出油口转换。自然通风：操作<远程>转换器和<上升>控制按钮实现防爆门上升开启；恢复正常通风时，操作<下降>按钮使防爆门下降关闭井口，程序控制液压缸进、出油口转换。

③就地控制方式即在泵站配电室操作<反风运行>或<自然通风>控制，是与<远控>相同的两地一控的操作方法。

应急电源特别装置于机房和泵站配电室内各为一组互备的蓄电瓶组或其他电池能源作为<急备电源>：因偶发事故中断供电需要防爆门开启进行自然通风时，蓄电瓶组专门为液压系统中以电信号控制转换为液压控制信号的控制阀和其他电元件供给电源。采用<远控>或<近控>其一的方式并同<急备电源>转换控制器，通过程控与液控系统指令蓄能器组转向液压缸有杆腔油口供给压力油，执行活塞杆缩回拉起防爆门上升开启，实现自然通风。供电恢复后、正常通风前，则按照操作程序控制液压活塞杆伸出顶动防爆门下降关闭井口。

机房内的显示屏通过防爆门监控摄像与工控机组态软件，实时显示系统工况的动态与模拟画面，实现远程监控。

本发明的有益效果是；

1.发生爆炸波冲击立风井口时，防爆门快速反应先导卸压释放爆炸波气压，防爆门完好无损、通风机装置安全运转，实现防爆门<防爆>功用。

(1)防爆门顶盖释压膜板，因其额定压力远小于爆炸波气压而被即时鼓开释放爆压冲量，实现急速先导释压，有效地缓解了对壳体的冲击力；(2)壳体面上的四组天窗，在爆炸波气压冲击下也随即开启排泄卸放爆压冲量，实现快速先导卸压，有效地削减、消除爆炸波对防爆门的破坏力；(3)天窗开启时的左、右窗板有一个立面夹角制约、以及传动装置运动机构中限位挡块的锁定约束，两扇窗不接触碰撞因此安全无损。

(4)防爆门在爆炸波冲击力作用下，也随即沿四组液压缸<轨道>运动同步上升开启排泄卸放爆炸波，其一，因无杆腔油口已在溢流回油工况，防爆门急速上升顶推活塞杆向无杆腔运动，缩回导向防爆门上升；其二，爆炸波传感信号通过程控与液控系统指令蓄能器组供油口开启向液压缸有杆腔进油口供给压力油，短瞬间活塞杆缩回拉起防爆门上升完全开启排泄卸放爆炸波，有效地保护了防爆门和通风机装置安全运转。

现有技术防爆门设施不具备<释压><先导卸压><门体升降液压缸>和<液控与电控>系统装置及其功用。本发明通过释压、先导卸压和门体自动上升开启三种途径的结构方式合一功用实现爆炸波卸压，因此防爆门具备<防爆>功用。

2.爆炸波消失过后，防爆门自动下降复位关闭井口，通风机正常运转通风。

(1)先导卸压装置中在开启位置的天窗因其板面重力偏离合页轴重心而跟随传动装置同步自动降落复位，并在磁场源磁钢吸合力作用下可靠地贴合于窗口严密关闭。

(2)爆炸波传感信号紧随爆炸波的消失而消失，根据传感信号反馈量与时间延迟相结合的方式，程序控制对液压缸执行活塞杆伸出推动防爆门下降，实现门体自动复位关闭井口；之后液压缸恢复正常通风时工况，防爆门则依靠自重和通风机负压关闭井口。

(3)防爆门在关闭井口位置时即可及时用备用膜板补换顶盖封闭壳体，通风机正常运转通风。

3.反风运行操作便捷快速反风。

(1)由于每组天窗的磁钢总吸合力大于反风运行的最大风压力，四组天窗因此安全可靠地被<锁定>不动，无需人工时间操作即可实现反风运行。

(2)采用<远控>或<近控>其一的方式控制液压缸活塞杆顶压防爆门锁定，实现快速操作反风，反风结束后采用前述控制方式解除活塞杆顶压防爆门的锁定，使液压缸进、出油口恢复原工况。实现在规定时间内反风运行。

现有技术的反风装置操作时间不能满足规定时间的反风运行。

4.自然通风时，防爆门升降液压缸操作简便安全可靠。

(1)固故停止通风机运转，需要防爆门开启自然通风：采用<远控>或<近控>其一的控制方式启动泵站，操作<上升>按钮，实施对液压缸控制执行活塞杆缩回拉起防爆门上升开启自然通风。恢复正常通风时，操作<下降>按钮即可，之后由程控系统控制液压缸油口的转换。

(2)因供电中断时需要自然通风时：采用<远控>或<近控>其一的方式，并同<急备电源>转换控制与<上升>操作，程控与液控系统的电控元件由蓄电瓶组供电，液压元件与液压缸由蓄能器组供压力油，实现防爆门上升开启自然通风，恢复供电转入正常通风时，操作相关的转换控制器与操作<下降>按钮即可正常通风。

现有技术在自然通风时，仅仅利用重锤组牵引防爆门和立风井口处的自然风压，防爆门不能自动上升开启，正常通风时防爆门也不能自由下降复位关闭井口。

附图说明

图1、图1A-图1D是现有立风井防爆门的设施结构附图。

图1是现有防爆门设施布置与井下回风流径立风井至出风口的结构立面主视图。

图1A是图1所示防爆门的结构俯视图：1-贮油井，防爆门内外气压隔离密封用的与油槽9通连的续油油井；10-门体座板，同是反风运行时压紧闭锁的部位。

图1B是沿图1A中A-A线放大的立剖视图：4-重锤支架；5-重锤组；6-滑轮组；7-牵引钢丝绳；8-防爆门门体；9-油槽；10-门体座板。

图1C是图1A所示反风装置2的I放大视图：<正常位>-正常通风时，反风装置脱离门体时的解除闭锁状态；<反风位>一反风运行时，反风装置旋进压入座板闭锁状态。

图1D是沿图1C中B-B线的立剖视图；2-反风装置，梁板；3-紧固螺栓组；8-防爆门门体；10-门体座板。

图2、图2A-图2J是本发明提出的系统方案附图。

图2是本发明防爆门系统主体布置与井下回风流径立风井至出风门的结构立面主视图。<液压站>一门体升降液压缸的液压传动与控制系统的泵站机房和配电室。

图2A是图2所示防爆门的结构放大俯视图。

图2B是沿图2A中C-C线放大的立剖视图。

图2C是图2A所示的膜板释压装置顶盖15的II放大视图。

图2D是沿图2C中D-D线的立剖视图。

图2E是图2B所示的液压缸固定座12的III放大剖视图。

图2F是图2A所示的先导卸压装置21的天窗22结构示意的IV放大视图。

图2G是沿图2F中E-E线放大的立剖视图、即先导卸压装置21与天窗22关闭时的结构示意图。

图2H是图2G所示传动装置30在天窗22的左、右窗扇开启位置时机构运动的结构示意图。

图2I是图2G所示A向的先导卸压装置21在天窗22开启时放大的结构示意立体图。

图2J是图2G所示A向的先导卸压装置21天窗22关闭时放大的结构示意立体图。

图2A-图2J所示的附图标记简要说明

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1A、图1B中所示的现有油井1和油槽9不改变原结构与应用；弃除重锤装置中重锤架4、重锤组5、滑轮组6、牵引钢绳7；弃除反风装置2。

在图2、图2A-图2J中示出本发明爆炸波释放卸压后自动复位的立风井防爆门的结构，主要由防爆门壳体8、先导卸压装置21、膜板释压装置15、永磁机构、门体升降液压装置和液压传动与控制系统等组成。

一.所述的防爆门又称门体，是由底部座架、中部座板10和上部壳体8相互固联的刚性整体结构。

防爆门上部均布的十二架壳体梁8-1同壳体8固联，壳体8为锥角150°的平截正圆锥形钢板壳面；每架梁由两件型钢经螺栓8-2联接同顶架20固联；壳体面上每四分之一处的壳体梁8-1上固联一组为液压缸垂直安装的活塞杆头部铰接支承座14。

二.所述的爆炸波先导卸压装置21，由四组天窗22和八套传动装置30构成。

1.天窗22由左窗扇22-1、右窗扇22-2、合页板25-2、合页套25-1、支承套24、合页轴23、筋框28、支座45、承接板46等组成，安装在纵托梁26和横托梁27上。

天窗22，在每两个支承座14的中心线两侧、两架壳体梁8-1之间的壳体面8上开设一组天窗口，窗口中轴线是两架梁夹角角分线，即顶架20至壳体下底面边线间的素线，窗口中心高是该素线长度的0.65～0.7倍以内；下窗口边的端点到井筒口平面距离是80-120mm以内，边宽等于该边两端梁间里面的跨度，上窗口边宽是该边两端梁间里面的跨度。

左窗22-1和右窗22-2对称布置在窗口中轴线的两侧：两扇窗板分别同合页板25-2固联、再同合页套25-1固联后套入同一合页轴23上，两扇窗共同绕其轴线相对转动开启或关闭；合页轴23两端通过支承套24支承在纵托梁26上，纵托梁上、下两端同窗口上、下两平行的横托梁27固联一体，每件横托梁两端分别同两侧壳体梁8-1固联；每扇窗板里面周边各有一组筋框28加固，在板里面同各自的承接板46和支座45固联，通过支座45铰接于传动装置30的连杆41和连杆42上。

左、右窗扇板在完全开启时的立面夹角是6°～9°，并同传动装置30中左、右限位挡块38和39来锁定。

爆炸冲击防爆门时，高压气流致动天窗22开启排泄卸放爆压冲量，爆炸波消失过后，由于左、右窗扇板立面夹角制约使其板面重力偏离合页轴23重心而跟随传动装置同步降落复位自动关闭井口。

2.传动装置30，是具有反向、弧形啮合式的、左右对称布置相对转动的两组同步运动机构组合一体的装置。一套两组机构主要构件有：齿轮34和35、摇杆36与37、限位挡块38与39、两件齿轮轴40、连杆41与42、两件连杆销轴43、两件摇杆销轴44、一组机架31、两件支座32和支座螺栓33等。对应对称的每每两件或一组构件的几何尺寸及技术特征相同。

一组天窗22使用两套传动装置30，其中心距是纵托梁26长度的0.62-0.65倍以内，均布在该纵托梁横轴线上下两侧；每套装置的两组同步运动机构通过机架31中两件平行齿轮轴40分列在左右两侧，机架31经两个支座32、螺栓33固定在纵托梁26上；两平行齿轮轴40的中心距中垂线和合页轴23纵轴线共线，齿轮轴平行于合页轴。

限位挡块38及39的直角里侧弧面分别同摇杆36及37的大头端外弧面固联一体；限位挡块立向工作面与摇杆两孔中心线的夹角是20°、工作面高度是齿轮34.35齿顶圆直径的0.4～0.5倍；每两件带有限位挡块式摇杆的大头端对称夹持一件齿轮并固联成连体为一组件，即两件平行轴上的左右齿轮摇杆各有一组两件限位挡块，每一组件摇杆的小头端分别夹持一件弧形板连杆41及42用摇杆销轴44铰接；连杆41及42另端分别通过连杆销轴43和两个支座45铰接，再与左窗22-1、右窗22-2板里面的承接板46固联。

天窗22开启时，左、右窗扇同齿轮摇杆连体的左右限位挡块38及39跟随齿轮副反向、弧形转动，两限位挡块的立向工作面接触至锁定位置时的止点在两齿轮34和35中心距中垂线上。

三.所述的膜板释压装置顶盖15，是在壳体8顶部设置薄片板结构的顶盖。主要由压板17、膜板18、密封垫19、盖板螺栓16和顶架20等组成。

1.膜板18是低韧性铸件薄片板，板面直径是本立风井口直径的0.16～0.22倍；膜板的额定压力是本立风井通风机当前正常通风或反风运行时最大风压力的1.25～1.4倍以内。

2.顶架20，是壳体8顶部同壳体梁8-1固联一体的承载架。顶架20里圈有凹台止口放置膜板18和密封垫19，通过压板17和螺栓组件16锁定在顶架20上。

当爆炸波冲击防爆门时，顶盖膜板18被超过膜板额定压力的爆炸波气压即时鼓开释放爆压冲量，实现急速先导释压。爆炸波消失过后防爆门下降复位井口时，即可及时用备用膜板补换顶盖封闭壳体、井口。

四.所述的门体升降液压装置，由立架11、液压缸13和支承座14等组成。

1.立架11，是悬臂梁式刚性整体结构，是安装液压缸13的立柱架，共四组，支承在现有重锤架的基础座面上。立架横梁端部内侧板面是安装座板12-1和其顶面加强板11-1固联构成液压缸固定座12，四个安装孔法兰座13-2螺栓13-1中心线与液压缸13轴线同一垂直于立风井口平面；四组液压缸轴心圆的直径等于井口直径。

2.液压缸13，是双作用单活塞杆液压缸，且具有缓冲装置和导向套结构，是约束防爆门沿缸筒13-3<轨道>运动平衡上升不脱轨、平稳下降复位准确的<导轨>；同时也是通风机反风运行时顶压防爆门不动锁定的执行液压缸。液压缸安装形式是缸体固定、活塞杆运动的垂直安装，安装方式是液压缸后端尾部为法兰联接的结构，前端头部为球铰耳环与支承座14铰接。

液压缸13活塞杆缩回拉起门体的最小行程是门体底部座架落入油槽9高度的2.2～2.65倍，四组活塞杆伸出顶压门体总的推力是防爆门重力与反风运行最大风压力之和的合力1.2～1.3倍。

液压缸13油口13-4的进、出油口通过油管路连通泵站液压回路，液压缸进、出油口的转换工况控制方式是：

(1)正常通风时的防爆门已在关闭井口状态，其工作位置传感信号经信息处理后，通过电气程控系统与泵站液控系统使液压缸有杆腔油口置于进油口并关闭、无杆腔油口置于开启溢流回油口。

(2)发生爆炸波冲击防爆门时：其一，急速上升的门体顶动活塞杆导致液压缸油液压力上升，油液由无杆腔油口流入液控系统中先导溢流阀进油口，超过导阀开启压力时开始溢流，主阀溢流增大时全部流量流回油箱；其二，爆炸波气流风压或风速传感信号经信息处理后，通过程控系统与液控系统，经电磁、电液等控制阀将电信号控制转换为液压控制信号执行对液压缸13油口13-4进、出油口开启、同时泵站蓄能器组供油口也被转为向液压缸有杆腔进油口供给压力油，使活塞杆缩回拉起防爆门上升开启卸放爆炸波气压。

(3)防爆门上升开启到位的传感信号由上述(1)(2)中的控制系统按照设定程序执行液压缸13油口13-4转换：有杆腔油口置为出油口、无杆腔油口置为进油口并同时关闭，完成活塞运动换向前准备的控制程序。

(4)爆炸波消失过后，爆炸波传感信号也随即消失，控制系统按照设定的时间延迟与传感器反馈量相结合的方式，实施对液压缸13活塞杆执行伸出推使防爆门下降复位关闭井口，关闭到位传感信号经控制系统执行液压缸13油口13-4的转换到正常通风时工况。

五.所述的永磁机构，是永磁材料制成长条形的磁钢29元件构成的对天窗22吸合锁定的磁场源装置。每组天窗22使用四件磁钢29，其中左、右窗扇各用一组两件。

1.在左窗扇22-1左窗口下方、右窗扇22-2右窗口下方的两边壳体梁8-1内侧立面或平面中，以天窗22横向轴线为对称纵向均布镶嵌各自一组两件磁钢29：两件中心距等于该窗口边长0.6～0.7倍以内，每组天窗22磁场源总吸合力是本通风机反风运行时最大风压力的1.2～1.4倍以内。

2.正常通风时，天窗22依靠自重力和通风机负压关闭窗口、井口，磁钢29则使天窗22可靠地被吸住贴合在窗口密封垫上。

3.反风运行时，磁场源的总吸合力使天窗22可靠地被吸合锁定。

4.爆炸波冲击防爆门时的力远大于磁场源总吸合力而使天窗22快速开启排泄卸放爆炸波冲量，实现快速先导卸压。

六.所述的液压传动与控制系统，是泵站、液压缸与液控和电气传动程控等组成的复合功能系统。

(一)液压泵站，设置三台液压泵，其中1#、2#泵为工作泵，3#泵为备用泵；设置4～6个蓄能器并用构成蓄能器组作为应急动力源，配有蓄能器控制阀组和压力控制器等。

1.蓄能器组的应用：正常通风期间液压缸13卸荷停止工作长时不动，泵组在向蓄能器供油时只做短时间歇运行。当偶发事故发生爆炸波冲击立风井时，其传感信号通过程控与液控系统控制蓄能器组将储备油液势能转向液压缸13有杆腔油口供给压力油，在2～4秒短瞬时间内执行活塞杆缩回拉起防爆门上升开启卸放爆压冲量。

2.蓄能器组工作制方法：(1)初始充油时1#、2#泵同时供油；(2)油压升至最高工作压力0.96倍时，压力控制器的压力信号使1#泵卸荷、2#泵继续供油；(3)油压升至等于最高工作压力时，压力信号使2#泵卸荷，泵站停止向蓄能器组供油。此时蓄能器组储存的油液势能是满足液压缸13活塞杆缩回拉起防爆门的压力油势能；(4)油压下降至最高工作压力的0.9倍时，压力信号使2#泵启动供油；油压下降至最高工作压力的0.86～0.83倍时，1#泵启动供油，即两台泵同时供油；(5)蓄能器充气压力值是最高工作压力的0.48～0.66倍以内；蓄能器组内的最大油压是最高工作压力的1.12～1.14倍以内，即上极限油压，此时泵站停机，蓄能器组油压储备作为应急动力源。

(二)液控是以电信号控制转换为液压控制信号为主导、以电磁、电液及电液比例等功能控制阀为主元件组成的控制回路有：

1.四组液压缸分流集流阀的双向同步回路。2.液压缸进出油口开启与关闭、转换控制回路。3.活塞杆换向运动控制回路。4.活塞杆缩回到位、反风时活塞杆伸出锁紧回路与解除锁紧控制。5.蓄能器组：泵组向蓄能器供油、压力、卸荷与停机控制和蓄能器组向液压缸供油快速转换控制。

(三)电气传动程序控制，是基于可编程控制器与组态王的防爆门升降液压缸远程监控系统，主要由可编程控制器、工控机与组态软件、工业显示屏、数据采集、模/数与数/模混合模块和通讯模块、急备电源蓄电池组以及低压配电系统等组成。

传感器设置：1.爆炸波气流风压与风速传感器设置在立风井井底与主回风巷叉口附近。2.防爆门位置传感器设置在立架11上、下位置。3.液压缸13活塞杆伸、缩位置传感器设置在立架11及活塞杆头部。4.蓄能器组工作制压力控制传感转换器设置在蓄能器组供油管路上。5.供配电监测电信号传感转换器设置在供配电装置的输入口端。

急备电源装置：在机房和泵站配电室内各装一组互备的蓄电瓶组，作为偶发故障中断供电需要开启防爆门自然通风时的应急备用电源。急备电源专门为液控系统中以电信号控制的控制阀供给电源、以及为程控系统中电气元件的单元供给电源。同时设置<急备电源>等转换控制器件对液压缸升降控制。

程控系统根据设定的程序和各个传感器反馈信号，经处理后的标准电压、电流的电信号控制转换为液压控制信号，控制泵站泵组、液压回路、蓄能器组和液压缸13，并实时显示系统工况。

防爆门升降液压缸的控制方式：

1.发生爆炸波冲击防爆门时，(1)由于无杆腔油口已设置为溢流回油工况，防爆门可以自动上升开启；(2)由程控系统完成防爆门上升开启。

2.自然通风或反风运行时，采用<远控>或<近控>其一的控制方式与操作方法，在机房或泵站配电室内实现防爆门升降。

Claims (7)

1.一种爆炸波释放卸压后自动复位的立风井防爆门，包括防爆门壳体(8)、现有贮油井(1)与油槽(9)、立架(11)与门体升降液压缸(13)、反风锁定装置，其特征在于：

(1)壳体(8)承重梁由十二架壳体梁(8-1)均布设置构成，其顶部同顶架(20)固联一体；

(2)顶架(20)上面设置有一组膜板(18)释压装置顶盖(15)；

(3)在壳体(8)板面上均布开设四组天窗(22)孔口，每组孔口左、右两侧壳体梁(8-1)同平行布置的上下两件横托梁(27)固联一体，两横梁之间纵向中轴线上固联一件纵托梁(26)，四件纵托梁(26)上设置四组先导卸压装置(21)；

(4)所述的反风锁定装置，是吸合天窗(22)锁定的磁场源装置，由数件永磁材料制成的磁钢(29)元件构成，该元件镶嵌在每组天窗(22)孔口左、右两侧下方的两边壳体梁(8-1)内侧的立面或上平面之中；

(5)所述的立架(11)为悬臂梁式刚体结构，四组立架(11)分别支承在现有重锤架(4)底座基础座面上，其顶部横梁端设置有液压缸(13)固定座(12)，通过螺栓(13-1)同垂直安装的液压缸(13)后端尾部法兰座(13-2)联接，液压缸(13)前端头部为球铰耳环同防爆门壳体(8)上面的支座(14)铰接，液压缸(13)进、出油口(13-4)通过油管路连通泵站液压系统控制回路；

(6)设置有液压系统，包括泵站、蓄能器组、液压缸(13)和液控装置，液控是以将电信号控制转换为液压控制信号为主方式、以电磁和电液控制阀为主元件组成的装置；

(7)设置有电气程控系统，并同液压系统组成为复合系统，该系统是基于可编程控制器与组态王的防爆门升降液压缸(13)远程监控系统；还设置有爆炸波气流传感器、防爆门升降传感器和液压缸(13)控制方式转换器。

2.根据权利要求1的爆炸波释放卸压后自动复位的立风井防爆门，其中所述的膜板释压装置顶盖(15)，其特征在于：所述的顶架(20)里圈设置有凹台止口放置密封垫(19)和膜板(18)，通过压板(17)和螺栓(16)将其锁定；所述的膜板(18)是材质为低韧铸件的薄板，板面直径为立风井口直径的0.16～0.22倍，其额定压力为通风机正常通风或反风运行时最大风压力的1.25～1.4倍。

3.根据权利要求1的爆炸波释放卸压后自动复位的立风井防爆门，其中所述的先导卸压装置(21)，主要由天窗(22)和传动装置(30)组成，其特征在于：

(1)所述的天窗(22)共四组，每组天窗(22)口中纵托梁(26)中心线两侧设置有对称的左窗扇(22-1)和右窗扇(22-2)，同合页板(25-2)、合页套(25-1)和合页轴(23)依次联接于支承套(24)支承在纵托梁(26)中心线上面；

(2)左、右窗(22-1)(22-2)板内面设置有各自的承接板(46)和支座(45)联接、通过连杆销轴(43)，同传动装置(30)中同步机构的左连杆(41)、右连杆(42)铰接；

(3)壳体(8)上每两个支承座(14)之间的中心线在锥形壳面素线上，该素线是每组天窗(22)的纵向中轴线，窗口中心高为该素线长度的0.65～0.7倍，下窗口边宽端点处到立风井口里边的平距为80-120mm，其边宽等于该边两端壳体梁(8-1)之间的跨度，上窗口边宽等于该边两端壳体梁(8-1)之间的跨度；

(4)左窗扇(22-1)与右窗扇(22-2)在完全开启时的立面夹角为6°～9°；

(5)所述的传动装置(30)，是设置具有反向、弧形啮合式的左、右对称且相对运动的两组同步机构组合装置；每组天窗(22)设置两套传动装置(30)，该装置通过机架(31)、支座(32)和螺栓(33)同纵托梁(26)联接；

(6)每套装置(30)的两组同步机构由一组机架(31)、两件齿轮轴(40)、齿轮副(34)(35)、带有限位挡块(38)(39)的组件的两个摇杆(36)(37)、两件摇杆销轴(44)、两件连杆(41)(42)、两件连杆销轴(43)，依次联接在左、右窗(22-1)(22-2)的支座(45)上；同步机构中对称对应设置的每每两件或两个组件的几何尺寸和技术特征相同；

(7)所述的组件是：限拉挡块(38)(39)同摇杆(36)(37)固定联接为一体构件或制作成一体构件；每两件带有限位挡块的摇杆夹持一件齿轮固定联接为一体构件；

(8)限位挡块(38)(39)跟随齿轮副(34)(35)转动时，其限位工作面接触到锁定位置时的止点在齿轮副(34)(35)中心距中垂线上；

(9)左、右两件齿轮轴(40)平行设置在机架(31)体上并平行于合页轴(23)，齿轮副(34)(35)中心距的中垂线与合页轴(23)纵轴线共线；两组同步机构通过两件齿轮轴(40)对称分列在左、右两侧。

4.根据权利要求1的爆炸波释放卸压后自动复位的立风井防爆门，其中所述的反风锁定装置，其特征在于：

(1)每套磁场源装置的磁钢(29)对每组天窗(22)钢板的总吸合力是通风机反风运行时最大风压力的1.2～1.4倍；

(2)磁钢(29)设置方式：在左窗扇(22-1)左窗口下方、右窗扇(22-2)右窗口下方的壳体梁(8-1)立面或平面之中、以天窗(22)横向轴线为对称上下纵向均布、固定镶嵌各自一组两件或相等件数的磁钢(29)，每组磁钢(29)两端元件间的中心距等于该窗口边长的0.6～0.7倍。

5.根据权利要求1的爆炸波释放卸压后自动复位的立风井防爆门，其中所述的门体升降液压缸(13)，其特征在于：

(1)液压缸(13)具有缓冲装置和导向套结构；液控装置控制四组液压缸双向同步运动；

(2)活塞的最小行程是防爆门底座架落入油槽(9)内的高度的2.2～2.65倍，活塞的运动速度为0.4～0.8m/s，四组液压缸(13)的总推力为防爆门重力与通风机最大风压力之和的1.2～1.4倍；

(3)液压缸油口(13-4)的进、出口转换工况设定是：正常通风期间，有杆腔油口置于进油口并关闭、无杆腔油口置于溢流回油口；爆炸波冲击防爆门上升开启到位后，有杆腔油口置于回油口并关闭、无杆腔油口置于进油口并关闭，锁定防爆门，自然通风时亦同；反风运行时，无杆腔油口置于进油口、有杆腔油口置于回油口，活塞杆推顶防爆门锁定后即时关闭进、出油口，反风结束恢复正常通风后，两油口的工况转换至正常通风时的设置。

6.根据权利要求1的爆炸波释放卸压后自动复位的立风井防爆门，其中所述的液压系统，其特征在于：

(1)液压泵站设置有三台液压泵和4～6个或数个蓄能器并联使用的蓄能器组，配以控制阀组与压力控制器监控泵组和蓄能器组工作制；

(2)液控系统主要设置有：四组门体升降液压缸(13)的分流集流式双向同步回路、通风机通风在不同工况时液压缸进出油口(13-4)转换回路、液压缸活塞运动与锁紧或卸荷回路、蓄能器组向液压缸(13)供油快速转换回路。

7.根据权利要求1的爆炸波释放卸压后自动复位的立风井防爆门，其中所述的基于可编程控制器与组态王的防爆门升降液压缸(13)远程监控系统，其特征在于：

(1)数据采集处理：设置有爆炸波气流风压与风速传感器、防爆门升降位置传感器、液压缸(13)工况传感转换器、泵站泵组与蓄能器组工况传感转换器，并将实时采集的信息参数处理转换为标准电压或电流信号，经可编程控制器设定的程序指令电控单元与液控回路对泵站、蓄能器组和液压缸(13)控制；

(2)设置有远程控制和就地控制方法，对液压缸(13)升降控制；

(3)机房和泵站设置急备电源蓄电瓶组和转换控制器并同蓄能器组控制液压缸(13)升降。

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