齿轨卷帘式调节风窗的设计与应用

齿轨卷帘式调节风窗的设计与应用

李文博

神华国神三道沟煤矿陕西榆林719400

摘要：调节风窗作为煤矿井下主要的通风设施，风量的调节通过改变窗口的开口流通面积来实现，而其调节的方便性和精确性是决定调节风窗性能优劣的核心指标，三道沟煤矿井下当前使用的调节风窗普遍存在调节不便、精确度不高等问题，本文提出的齿轨卷帘式调节风窗在调节的方便性及精确性上均有大幅度的提高，达到了方便、精确控制有效风量，有效减少了影响安全生产的因素。

关键词：齿轨；卷帘；调节风窗

0引言

三道沟煤矿井下现有调节风窗主要有插板式调节风窗、普通推拉式调节风窗等，为满足煤矿日常通风需要，需要通过调整风窗开口面积进而达到调节风窗通过风量，以实现控制巷道风量的目的，三道沟煤矿现普遍使用的插板式调节风窗和普通推拉式调节风窗存在调节不便、风量微调困难等问题，而本文提出的齿轨卷帘式调节风窗均较好的解决了以上问题，且兼顾方便、安全、美观等特点。

1矿井通风概况

三道沟煤矿井田内各层煤所含瓦斯成份都是以氮气为主，二氧化碳微量，属二氧化碳～氮气带，根据《三道沟煤矿矿井瓦斯等级鉴定报告》，三道沟煤矿瓦斯相对涌出量为0.13m3/t，绝对涌出量为2.97m3/min；二氧化碳相对涌出量为0.25m3/t，绝对涌出量为5.85m3/min，属瓦斯矿井井田内及周边各小煤矿均未发生过瓦斯爆炸事故，所以各煤层的瓦斯对煤层开采造成危害的可能性很小。

根据地质报告，井田范围内3-3煤层属不易自燃煤层；4-3煤层属不易自燃~很易自燃煤层；4-4煤层属不易自燃煤层；5-2上煤层属容易自燃煤层；5-2煤层属容易自燃煤层。

各煤层属低变质阶段的烟煤，根据煤的干燥无灰基挥发分产率与固定碳含量之比计算，爆炸性指数远大于有爆炸性危险10%的临界值，表明煤尘均具有爆炸性危险。

矿井采用分区式通风系统，利用主平硐、副平硐进风，八盘区利用朴牛圪塔回风斜井回风，三、四盘区利用大路墕回风斜井回风。

2当前矿井风量调节设施使用情况及存在的问题

2.1当前三道沟煤矿风量调节设施情况

随着三道沟煤矿通风系统的复杂性越来越高，通风系统的安全性、可靠性和经济性要求也越来越高，而风量调节装置是通风系统的关键设施之一，风量调节设施择不合理，若出现问题将导致通风系统紊乱严重的后果。2016年新修订《煤矿安全规程》第二百五十七条规定：“井下爆炸物品库、机电设备硐室、检修硐室、材料库的风窗必须采用不燃性材料”，那么设计和制造新的风量调节装置就显得尤为重要。目前三道沟煤矿井下应用的的风量调节设施主要为调节风门、调节风窗，调节风窗又分为插板式和推拉式两种（其中推拉式调节风窗22个，插板式调节风窗3个）。

插板式推拉式调节风窗由风窗框体和调节木板两大部分组成，结构如图1、图2所示。插板式调节窗是通过增加或减少风窗挡板来控制风窗的过风面积从而起到风量控制的作用；推拉式调节风窗是通过推拉风窗中的挡板来控制过风面积从而起到风量控制的作用。

2.2推拉式和插板式调节风窗存在的问题

1）推拉式调节风窗突出的问题是：风量可控面积占风窗面积比率小，最大只能控制到风窗面积的50%；推拉板道槽容易锈蚀和堵塞，风量调节时费时费力不能达到快速调节的目的；推拉板多使用木板制作不符合《煤矿安全规程》第二百五十三条之规定；推拉式调节风窗多为墙体镶入式复用率低；容易被闲杂人员随意调节。

2）插板式调节风窗的突出的问题是：插板控制不可靠，调完风后很容易受人为增减插板而造成风量的变化和系统紊乱。插板多使用木板制作不符合煤矿安全规程第二百五十三条之规定；插板式调节风窗多为墙体镶入式复用率低；日常维护过程中插板存放困难，容易遗失，现场质量标准化管理困难等。

图二：推拉式调节风窗

Fig.2Push-pullwindow

综上所述，那么设计和制造新的风量调节装置，来替代插板式和推拉式调节风窗，以适应现代生产和安全要求的发展趋势。就显得尤为重要。

3设计思路及工作原理

3.1设计思路

针对目前三道沟煤矿井下调节风窗使用过程中存在的问题，设计一种调节面积大、符合《煤矿安全规程》规定、放便省力、精确度高、复用度高、不容易被闲杂人员随意调节、安全美观的调节风窗。

1）卷帘的选择

卷帘作为调节风窗的核心部分，选择合适的窗体材料尤为重要，其应满足以下要求：

a.根据《煤矿安全规程》第二百五十七条规定，卷帘必须选择不燃性材料，避免在发生火灾时调节风窗失效，造成灾情无法有效控制；

b.窗体两边压差较大，应该选择刚性材料或者有一定刚性的材料；

综上，因普通的刚性材料收缩不便，所以选择了“双层高强度阻燃材料+不锈钢骨架”的方式，既满足了收放自如的要求，也实现了阻燃的目的。

2）升降装置的选择

升降装置作为调节风窗的重要组成部分，其设计必须合理、耐用，应满足以下要求：

a.所选择的升降装置必须便于卷帘的上下滑动，并能实现微量调节；

b.卷帘与调节窗边框贴合紧密，无漏风现象；

综上，采用带有齿轮的双侧轨道设计，轨道内侧设有凹槽，在凹槽上设有橡胶条，窗体和凹槽能够紧密贴合，无漏风现象，满足了实际中尽量杜绝漏风的需求。（见图三）

图三：齿轨剖面示意图

Fig.3Theprofileoftheteethrailprofile

3）卷轴的选择

卷轴采用空心不锈钢管材质，兼顾结实耐用及轻便的特点，端头焊接两个与轨道相匹配的齿轮，能够顺滑的沿着卷帘两侧轨道上下移动。（见图四）

图四：卷轴设计示意图

Fig.4Scrolldesignsketch

4）端头齿轮及防盗调节手柄

端头齿轮能够和两侧轨道上的齿位良好啮合，有利于窗体的平顺收放。

在端头齿轮上设置一形凹槽，与之相配的是防盗调节手柄，需要调整风量时，插入防盗调节手柄，转动齿轮，带动卷轴转动，实现卷帘的收放，防盗调节手柄的设计有效避免了闲杂人员随意调节风量的问题。

3.2调节风窗工作原理

1）窗体结构：齿轨卷帘式调节风窗主要构件包括窗框、两侧齿道、齿道内侧卡槽、放漏风胶条、窗体卷轴、卷轴端头齿轮、防脱杆、骨架窗体、防盗调节手柄组成。

2）工作原理：该装置通过转动防盗调节手柄，带动卷轴在两侧齿道上平稳顺畅移动，进而收放卷帘，实现控制窗口面积的目的。

4齿轨卷帘式调节风窗的优势及应用效果

根据实际现场应用情况，齿轨卷帘式调节风窗与插板式调节风窗和推拉式调节风窗相比，具备以下优势：

1）大幅提高了风量风量可控面积，与推拉式调节风窗相比，齿轨卷帘式调节风窗风量可控面积能够达到95%以上，相比推拉式调节风窗的50%提高了近一倍。

2）符合新《煤矿安全规程》之规定，轨卷帘式调节风窗在选材上完全满足规程规定，选取不锈钢及阻燃材料，不会出现锈蚀现象，在发生火灾时不会出现设施失效等问题。

3）轨卷帘式调节风窗控风精细，最小可以转动一个齿位，比较容易控制，在用风紧张的情况下可以实现精细控制风量，相对于插板式调节风窗每次只能增减一块木板，大幅提高了调控精细程度。

4）轨卷帘式调节风窗控风安全可靠，调节手柄采用嵌入式防盗设计，只给测风员配备防相应盗调节手柄，闲杂人员无法随意进行调整，避免了插板式和推拉式调节风窗容易被闲杂人员随意调节的问题，提高了通风可靠性。

5下一步改进方向

三道沟煤矿井下环境简单，瓦斯含量低，具备运用全自动调节风窗的条件，现有调节风窗均为手动式调节，不能随时根据需要对风量进行控制，未能实现关键地点风量动态显示及控制，所以下一步改进思路如下：

1）在调节风窗附件巷道规整的地点安设风量传感器和风速传感器，动态监测主要地点风量和风速，并将信号反馈至地面，能够从地面实时监测主要地点风速和风量；

2）给调节风窗安设动力装置及信号反馈处理器，为远程控制及调节风量创造条件；

3）最终实现井下关键地点风量及风速可视化，根据实际需要可以方便快捷的对风量进行数字化调节，进而实现在地面根据需要对井下关键地点风量进行远程调控。

参考文献

[1]李军霞.井下风窗风量自动调节控制装置研究[J].煤炭工程，2015（03）：96-97.

[2]宋洪阳.浅析隐藏式调节风窗在煤矿安全生产中的应用[J].价值工程，2015（04）：12-14.

[3]马振华.基于PID调节技术的矿用卷帘调节风窗对风量的自动调节原理，2013（01）：96