CN110630312A - 一种矿井防爆井盖开闭控制装置及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种矿井防爆井盖开闭控制装置及控制方法，矿井防爆井盖开闭控制装置包括通过拉绳与所述配重平衡块上端相连的由收放电机驱动的收放卷筒，装配槽上设置有用于被高位时的托盘触发而控制收放电机反转放绳的放绳触发开关，装配槽上还设置有用于被低位时的托盘触发而控制收放电机正转收绳的收绳触发开关，放绳触发开关与收绳触发开关上下设置。本发明解决了现有技术中井盖开闭控制装置需要手动操作平衡重锤升降所导致的人工劳动强度大，且在爆炸后容易造成井盖关闭时间耽搁的问题。

Description

一种矿井防爆井盖开闭控制装置及控制方法

技术领域

本发明涉及矿井安全领域中的矿井防爆井盖开闭控制装置及控制方法。

背景技术

煤矿回风井的上口必须安装防爆设施，通常的防爆措施是在井口安置防爆井盖，其作用是当井下一旦发生瓦斯或煤尘爆炸时，受高压气浪的冲击作用其自动打开，以保护主要通风机免受损坏，在正常情况下，他是气密的，以防止风流短路。

现有的防爆井盖如中国专利CN107905829A公开的“矿井防爆井盖开闭装置”，包括井盖和位于井口两侧的装配槽，井盖上固定连接有U形架，U形架的两端均伸入到装配槽中，U形架的两端均连接有托盘，装配槽的底部设置有可与托盘底部接触的底部弹簧，装配槽的中间活动连接有卡板，卡板的末端可伸入装配槽也可从装配槽缩回，装配槽的上部装配有挡块，挡块上开设有用于与U形架穿过的第一通孔，挡块上开设有第二通孔，第二通孔内穿过有活柱，活柱的下部悬挂有重量可调的平衡重锤，活柱的上部连接有绳索。使用时，在正常工作下，井盖内为负压，井盖的重力和U形架的重力之和＜底部弹簧的弹力＜井盖的重力、U形架的重力和大气压力（即井盖内侧负压环境对井盖的吸力），井盖紧紧压在井口上；在发生爆炸时，井盖及U形架会受到爆炸的冲击向上升起，井盖快速开启，托盘脱离卡板，卡板自动从装配槽缩回至装配槽侧壁内部，托盘继续上移触碰平衡重锤，并推动平衡重锤向上移动，直至平衡重锤上移触碰挡块后再下降；发生爆炸后，由于此时卡板还处于从装配槽缩回的状态，操作人员控制绳索松开使平衡重锤下降，平衡重锤带动井盖及U形架下降，井盖的重力和U形架的重力以及平衡重锤的重力三者之和＞底部弹簧的弹力，因此可以将井盖重新压紧到井口上，当井盖压紧到井口上后，操作人员在拉动绳索将平衡重锤抬起至一定高度，再推动卡板使卡板末端深入到装配槽中，卡板支撑住平衡重锤；通风机发送故障时，井盖内外气压相等，因井盖的重力和U形架的重力之和＜底部弹簧的弹力，底部弹簧会自动顶起托盘，使得U形架带动井盖弹起，此时，能利用自然风压实现矿井通风。

现有技术中，平衡重锤主要起着在爆炸结束后，对U形架施加作用力以使井盖复位，且在风机不工作时，不能影响井盖打开的作用，为了实现该目的，需要操作人员进行通过绳索进行手动操作平衡重锤的升降，还需要手动操作卡板，劳动强度大，另外爆炸结束后，往往需要迅速的关闭井盖，以实现井内通风，然后现有技术中，需要手动操作平衡重锤才能实现重新关闭井盖，需要操作人员及时到位，再进行操作，这就大大限制了井盖的关闭时间周期，影响井下的通风安全，同时操作人员缓慢将平衡重锤落至托板上，平衡重锤没有动能作用，平衡重锤落于托板上时，托板也是相对静止状态，因此只能通过井盖的重力和U形架的重力以及平衡重锤的重力三者之和＞底部弹簧的弹力这个条件，才能使得井盖复位，这就要求平衡重锤的重量较大，不仅增加了成本，也使得操作人员操作起来更加困难。

发明内容

本发明的目的在于提供一种矿井防爆井盖开闭控制装置，以解决现有技术中井盖开闭控制装置需要手动操作平衡重锤升降所导致的人工劳动强度大，且在爆炸后容易造成井盖关闭时间耽搁的问题。

为解决上述技术问题，本发明中矿井防爆井盖开闭控制装置的技术方案如下：

一种矿井防爆井盖开闭控制装置，包括井盖和位于井盖两侧的装配槽，井盖上固定有配重支架，配重支架包括与井盖相连的横臂和设置于横臂两端的竖臂，竖臂的下端均伸入到装配槽中，配重支架还包括连接于竖臂底部的托盘，装配槽的底部设置有用于与托盘底部接触的底部弹簧，井盖盖于井口上时，托盘处于低位；矿井爆炸后，托盘向上移动至速度为零的高位，装配槽中于托盘的上侧设置有能在装配槽内上下移动的配重平衡块，矿井防爆井盖开闭控制装置还包括通过拉绳与所述配重平衡块上端相连的由收放电机驱动的收放卷筒，装配槽上设置有用于被高位时的托盘触发而控制收放电机反转放绳的放绳触发开关，装配槽上还设置有用于被低位时的托盘触发而控制收放电机正转收绳的收绳触发开关，放绳触发开关与收绳触发开关上下设置

装配槽的顶部设置有用于与配重平衡块挡止配合以限制配重平衡块朝上移动极限的装配槽挡板，装配槽挡板的中部开设有竖臂过孔，装配槽挡板上于所述竖臂过孔的外围开设有拉绳过孔。

配重平衡块为环形结构，竖臂由配重平衡块的中心穿过。

收绳触发开关和放绳触发开关设置于装配槽的外侧壁上，装配槽的槽壁上于收绳触发开关和放绳触发开关之间设置有竖向导向槽，托盘包括位于装配槽内的托盘本体，托盘本体上连接有由竖向导向槽伸出的用于与收绳触发开关、放绳触发开关接触的触发臂。

本发明中控制方法的技术方案为：

所述矿井防爆井盖开闭控制装置具有以下四种工作模式，第一种，井盖内侧为负压环境，井盖自重+配重支架自重+井盖内侧负压对井盖的吸力＞底部弹簧对配重支架的作用力＞井盖自重+配重支架自重，井盖封于井口上，托盘处于低位触发收绳触发开关，收绳触发开关控制收放电机正转收绳，配重平衡块间隔位于托盘的上侧；第二种，矿井内发生爆炸时，井盖内侧形成正压环境，井盖和配重支架受冲击而向上移动，托盘向上移动后带着配重平衡块继续向上移动至高位，托盘触发放绳触发开关，放绳触发开关控制收放电机反转放绳；第三种，矿井发生爆炸后，井盖、配重支架和配重平衡块一起向下移动，井盖、配重支架和配重平衡块因自由落体产生的动能冲击底部弹簧，直至井盖盖于井口上，托盘处于低位触发收绳触发开关，收绳触发开关控制收放电机正转收绳，配重平衡块间隔位于托盘的上侧，实现配重平衡块复位；第一种、第二种、第三种工作模式中，矿井通风机均正常工作， 第四种，矿井通风机不工作，井盖自重+配重支架自重小于底部弹簧对配重支架的作用力，井盖向上移动打开井口，托盘间隔位于配重平衡块的下侧。

本发明的有益效果为：在本发明中，设置用于被高位时的托盘触发的放绳触发开关，设置用于被低位时的托盘触发的收绳触发开关，当井盖正常盖于井口时，收绳触发开关被托盘触发，收绳触发开关控制收放电机正转收绳，此时的配重平衡块被拉至托盘的上侧，不对托盘产生作用力，因此此时如果矿井通风机不工作，井盖和配重支架可在底部弹簧作用下顺利弹起而打开井口，保持通风；同时，如果矿井发生爆炸，托盘向上移动，在第一阶段，没有配重平衡块阻挡，井盖可快速向上移动实现泄压，在第二阶段托盘与配重平衡块一起向上移动，以减少托盘向上移动的动能，在托盘移动至高位时，托盘触发放绳触发开关，放绳触发开关控制收放电机反转放绳，此时拉伸完全处于松脱状态，配重平衡块的重力可以完全作用到托盘上，当爆炸后，井口泄气结束，井盖、配重支架和配重平衡块一起做落体运动，产生动能冲击底部弹簧，转化成底部弹簧的弹性势能，可使井盖顺利克服弹簧作用力而盖于井口上，托盘移动至低位，触发收绳触发开关，拉绳提升配重平衡块的高度实现配重平衡块复位，利用井盖、配重支架和配重平衡块自由落体产生的动能转换成弹簧的势能，这一点与现有技术有着本质的不同，现有技术中配重支架先落于弹簧上，然后操作人员再缓慢将配重平衡块放下，完全利用重力压缩弹簧，本发明中利用三者之间产生的动能压缩底部弹簧，可以降低对配重平衡块的重量需求，不仅可以降低产品成本，也可以节约电机的能耗。在本发明中，爆炸后，井盖重新关闭井口的过程，不需要人工手动操作，不仅减少了人工劳动强度，同时也不受人力操作时间的限制，井盖爆炸后，会自动的实现井盖重新盖于井口上，避免影响井盖关闭时间的问题。

附图说明

图1是本发明中矿井通风机正常工作时，矿井防爆井盖开闭控制装置的状态示意图；

图2是矿井爆炸后，托盘向上移动至配重平衡块附近的状态示意图；

图3是图2中托盘继续向上移动至高位时的状态示意图；

图4是矿井风机不工作后，矿井防爆井盖开闭控制装置的状态示意图。

具体实施方式

一种矿井防爆井盖开闭控制装置的实施例如图1~4所示：包括用于盖装于井口1上的井盖2，井盖2的两侧设置有装配槽21，井盖上固定有配重支架，配重支架包括与井盖2相连的横臂3和设置于横臂3两端的竖臂4，竖臂4的下端伸入的装配槽21中，竖臂4的底部固定有托盘18，装配槽的底部设置有用于与托盘底部接触的底部弹簧14。装配槽中于托盘的上侧设置有能在装配槽内上下移动的配重平衡块16，配重平衡块16为环形结构，竖臂4由配重平衡块的中心穿过，矿井防爆井盖开闭控制装置还包括通过拉绳17与配重平衡块上端相连的由收放电机驱动的收放卷筒6，本实施例中收放电机为步进电机。托盘的上端设置有托盘磁体11，配重平衡块的下端设置有平衡块磁体10，托盘磁体和平衡块磁体均为永磁体，平衡块磁体10、托盘磁体11的相邻侧的磁极相同。

装配槽的顶部设置有用于与配重平衡块16挡止配合以限制配重平衡块朝上移动极限的装配槽挡板19，装配槽挡板19上设置有顶部弹簧7，装配槽挡板的中部开设有竖臂过孔，装配槽挡板上于所述竖臂过孔的外围开设有拉绳过孔。如图1所示，井盖2盖于井口1上时，托盘18处于低位，矿井爆炸后，托盘18向上移动，直至平衡配重平衡块被装配槽挡板阻挡，托盘速度降为零时，托盘处于高位，装配槽上设置有用于被高位时的托盘触发而控制收放电机反转放绳的放绳触发开关8，装配槽上还设置有用于被低位时的托盘触发而控制收放电机正转收绳的收绳触发开关13，放绳触发开关8与收绳触发开关13上下设置。在本实施例中，收绳触发开关13和放绳触发开关8设置于装配槽的外侧壁上，装配槽的槽壁上于收绳触发开关和放绳触发开关之间设置有竖向导向槽9，托盘包括位于装配槽内的托盘本体，托盘本体上连接有由竖向导向槽伸出的用于与收绳触发开关、放绳触发开关接触的触发臂12。收绳触发开关与收放电机控制连接而控制收放电机正转，放绳触发开关与收放电机控制连接而控制收放电机反转，其属于现有技术，在此不再详述。

本发明中的，收放电机为步进电机，当托盘触发放绳触发开关时，收放电机以固定圈数转动，比如说在本实施例中收放卷筒放线两圈即可，当托盘触发收绳触发开关时，收放卷筒收线两圈。

本发明中，当托盘处于低位时，井盖的重量+配重支架的重量＜底部弹簧对井盖的作用力＜井盖的重量+配重支架的重量+井盖内侧负压对井盖的作用力。

本发明可以实现以下几种工作状态，1、当矿井内没有爆炸产生，矿井通风机正常工作，井盖封盖于井口处，如图1所示，此时托盘18处于低位，底部弹簧14对配重支架的作用力＜井盖的重量+配重支架的重量+井盖内侧负压对井盖的作用力，井盖可以牢靠的封盖于井口处；2、当矿井内发生爆炸，矿井通风机仍正常工作，爆炸使得井盖内侧形成正压环境，受气流冲击作用，井盖2、配重支架一起向上移动，在移动之初，配重平衡块16位于托盘18的上侧，配重平衡块16不影响托盘18的上移，井盖2可以快速打开泄压，当托盘移动至配重平衡块附近时，托盘磁极与平衡块磁极产生相反作用力，对托盘形成移动的缓冲，避免配重平衡块被托盘直接冲击而损坏，如图2所示，随后，托盘带着配重平衡块向上移动，直至配重平衡块撞击到装配槽挡板，托盘速度降为了零，此时托盘处于高位，如图3所示，顶部弹簧7一方面可以缓冲配重平衡块的冲击，实现“软着落”，另外顶部弹簧7在压缩过程中实现储能，当托盘处于高位时，触发臂触发放绳触发开关，收放电机驱动收放卷筒转动防绳；3、当井口压力释放完成，顶部弹簧7释放能量，配重平衡块和托盘快速下移，在下移过程中，由于拉绳完全处于松脱状态，因此配重平衡块的重量完全作用于托盘上，井盖、配重支架和托盘因落体运动产生动能，而对弹簧进行冲击，可以使得井盖重新盖于井口上，MV²≥KX²，该公式中M表示井盖、配重支架和配重平衡块三者的重量，V表示托盘向下移动与弹簧接触时的速度，该速度与托盘的落体高度有关，K表示底部弹簧的弹性系数，X表示底部弹簧的变形长度（即底部弹簧自由状态的长度减去井盖封于井口处时底部弹簧的长度），此时井盖内侧对井盖产生吸力，托盘处于低位，触发臂触发收绳触发开关，收放电机驱动收放卷筒转动收绳，配重平衡块被提升复位；4、当由于故障或其它原因导致矿井通风机不工作时，由于井盖的重量+配重支架的重量＜底部弹簧对井盖的作用力，因此井盖可以被顺利顶起，如图4所示，打开井口，对井内进行自然通风，当矿井通风机工作时，可以人工对触发臂施加压力，从而使得托盘克服底部弹簧的作用力，而使井盖重新封于井口上，由于触发臂12伸于装配槽的外侧，因此操作人员可以很方便的通过下压触发臂而下压配重支架和井盖，矿井通风机不工作的工况并不多，只要在停电或者矿井通风机故障时产生，因此很少会遇到需要操作人员去下压触发臂的工况。在本发明的其它实施例中，平衡块磁体和托盘磁体还可以不设；顶部弹簧也可以不设，此时井盖、配重支架和配重平衡块三者可以做完全的自由落体运动而产生动能冲击弹簧。

一种矿井防爆井盖开闭控制装置的控制方法的实施例，所述矿井防爆井盖开闭控制装置具有以下四种工作模式，第一种，井盖内侧为负压环境，井盖自重+配重支架自重+井盖内侧负压对井盖的吸力＞弹簧对配重支架的作用力＞井盖自重+配重支架自重，井盖封于井口上，托盘处于低位触发收绳触发开关，收绳触发开关控制收放电机正转收绳，配重平衡块间隔位于托盘的上侧；第二种，矿井内发生爆炸时，井盖内侧形成正压环境，井盖和配重支架受冲击而向上移动，托盘向上移动后带着配重平衡块继续向上移动至高位，托盘触发放绳触发开关，放绳触发开关控制收放电机反转放绳；第三种，矿井发生爆炸后，井盖、配重支架和配重平衡块一起向下移动，井盖、配重支架和配重平衡块因自由落体产生的动能冲击底部弹簧，直至井盖盖于井口上，托盘处于低位触发收绳触发开关，收绳触发开关控制收放电机正转收绳，配重平衡块间隔位于托盘的上侧，实现配重平衡块复位；第一种、第二种、第三种工作模式中，矿井通风机均正常工作， 第四种，矿井通风机不工作，井盖自重+配重支架自重小于弹簧对配重支架的作用力，井盖向上移动打开井口，托盘间隔位于配重平衡块的下侧。

Claims (5)

1.一种矿井防爆井盖开闭控制装置，包括井盖和位于井盖两侧的装配槽，井盖上固定有配重支架，配重支架包括与井盖相连的横臂和设置于横臂两端的竖臂，竖臂的下端均伸入到装配槽中，配重支架还包括连接于竖臂底部的托盘，装配槽的底部设置有用于与托盘底部接触的底部弹簧，井盖盖于井口上时，托盘处于低位；矿井爆炸后，托盘向上移动至速度为零的高位，其特征在于：装配槽中于托盘的上侧设置有能在装配槽内上下移动的配重平衡块，矿井防爆井盖开闭控制装置还包括通过拉绳与所述配重平衡块上端相连的由收放电机驱动的收放卷筒，装配槽上设置有用于被高位时的托盘触发而控制收放电机反转放绳的放绳触发开关，装配槽上还设置有用于被低位时的托盘触发而控制收放电机正转收绳的收绳触发开关，放绳触发开关与收绳触发开关上下设置。

2.根据权利要求1所述的矿井防爆井盖开闭控制装置，其特征在于：装配槽的顶部设置有用于与配重平衡块挡止配合以限制配重平衡块朝上移动极限的装配槽挡板，装配槽挡板的中部开设有竖臂过孔，装配槽挡板上于所述竖臂过孔的外围开设有拉绳过孔。

3.根据权利要求1所述的矿井防爆井盖开闭控制装置，其特征在于：配重平衡块为环形结构，竖臂由配重平衡块的中心穿过。

4.根据权利要求1~3任意一项所述的矿井防爆井盖开闭控制装置，其特征在于：收绳触发开关和放绳触发开关设置于装配槽的外侧壁上，装配槽的槽壁上于收绳触发开关和放绳触发开关之间设置有竖向导向槽，托盘包括位于装配槽内的托盘本体，托盘本体上连接有由竖向导向槽伸出的用于与收绳触发开关、放绳触发开关接触的触发臂。

5.一种如权利要求1~4任意一项所述的矿井防爆井盖开闭控制装置的控制方法，其特征在于：所述矿井防爆井盖开闭控制装置具有以下四种工作模式，第一种，井盖内侧为负压环境，井盖自重+配重支架自重+井盖内侧负压对井盖的吸力＞底部弹簧对配重支架的作用力＞井盖自重+配重支架自重，井盖封于井口上，托盘处于低位触发收绳触发开关，收绳触发开关控制收放电机正转收绳，配重平衡块间隔位于托盘的上侧；第二种，矿井内发生爆炸时，井盖内侧形成正压环境，井盖和配重支架受冲击而向上移动，托盘向上移动后带着配重平衡块继续向上移动至高位，托盘触发放绳触发开关，放绳触发开关控制收放电机反转放绳；第三种，矿井发生爆炸后，井盖、配重支架和配重平衡块一起向下移动，井盖、配重支架和配重平衡块因落体产生的动能冲击底部弹簧，直至井盖盖于井口上，托盘处于低位触发收绳触发开关，收绳触发开关控制收放电机正转收绳，配重平衡块间隔位于托盘的上侧，实现配重平衡块复位；第一种、第二种、第三种工作模式中，矿井通风机均正常工作， 第四种，矿井通风机不工作，井盖自重+配重支架自重小于底部弹簧对配重支架的作用力，井盖向上移动打开井口，托盘间隔位于配重平衡块的下侧。

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