仵寧，郭強(qiáng)強(qiáng)

（河南大有能源新安煤礦，河南 三門峽 472300）

煤礦資源是世界上一種非常重要的能量礦產(chǎn)資源，也是消費(fèi)量比最大的資源，能夠廣泛地應(yīng)用于日常生活的多個(gè)領(lǐng)域，具有相當(dāng)重要的戰(zhàn)略地位。當(dāng)前，我國的礦產(chǎn)資源開采的機(jī)械化程度不斷提高，隨之面臨的便是開采設(shè)備頻頻失效的問題。設(shè)備腐蝕帶來的失效問題，對我國礦產(chǎn)資源開采帶來了巨大的阻礙，我國開采礦產(chǎn)主要是在地下完成，開采環(huán)境往往伴隨著潮濕和陰暗，這對設(shè)備的傷害是非常大的。礦井水的成分復(fù)雜，也給設(shè)備腐蝕推波助瀾。設(shè)備的腐蝕，帶來的不僅是開采速率的降低，更可能帶來生產(chǎn)的危險(xiǎn)。因此，研究礦井下綜采設(shè)備的腐蝕原因以及研究出可以防設(shè)備快速腐蝕的相對措施，也是非常迫要的，具有重要意義。

1 煤礦綜采設(shè)備特征分析

煤礦綜采設(shè)備與普通資源開采設(shè)備有所不同，有很多鮮明的獨(dú)有的特征。首先，購置成本高。煤礦綜采設(shè)備的購置需要很多的資金支持，機(jī)械化程度不斷提高的同時(shí)，設(shè)備的技術(shù)也在不斷改進(jìn)，綜采設(shè)備也隨著現(xiàn)代化的腳步一代代升級?，F(xiàn)在市面上的綜采設(shè)備大多有著復(fù)雜的結(jié)構(gòu)、先進(jìn)的性能和開采技術(shù)。這樣就造成了綜采設(shè)備的設(shè)計(jì)以及制作成本的提高，在購置時(shí)花費(fèi)較大。其次，設(shè)備時(shí)效損失巨大。除了購置成本之外，一旦煤礦綜采設(shè)備失效，帶來的經(jīng)濟(jì)損失是相當(dāng)巨大的。綜采設(shè)備的開采速率高，每天產(chǎn)量大，一旦設(shè)備出現(xiàn)失效問題，對企業(yè)的損失可能是災(zāi)難級的。耗費(fèi)資源多。綜采設(shè)備的開采速率高，要保證它的性能，就要不斷投入很多的資金。同時(shí)，設(shè)備的裝機(jī)功率也很大，需要消耗很多的資源。

2 煤礦綜采設(shè)備腐蝕原理分析

2.1 粉塵腐蝕分析

在開采煤礦的時(shí)候，開采工作面環(huán)境中會有很多

圖1 煤礦綜采設(shè)備銹蝕表面

的顆狀浮沉物漂浮在空中，這些物質(zhì)大多是開采過程中產(chǎn)生的煤粉，也有少部分是巖石粉末雜質(zhì)。由于空氣中同時(shí)還有水蒸氣的成分存在，所以兩者混合在一起會依附在綜采設(shè)備上，容易造成設(shè)備腐蝕和失效。圖1 為綜采設(shè)備上依附的銹蝕表面。

2.2 煤礦綜采設(shè)備在不同酸堿度礦井水中的腐蝕原理分析

我國煤礦礦井的水質(zhì)和地區(qū)有關(guān)，西南和南部的煤礦大多含有硫的成分，因此，礦井水也基本是呈酸性；但在我國的大多數(shù)北方礦井中，礦井水是呈現(xiàn)中性或者弱堿性的，只有極少數(shù)礦井會呈現(xiàn)酸性。通常來說，煤礦綜采設(shè)備的材料在弱酸環(huán)境下腐蝕表現(xiàn)的是均勻腐蝕。氫去極化腐蝕受到綜采設(shè)備表面的狀態(tài)，礦井水pH 值以及開采溫度等多方面因素的影響。

我國大部分煤礦井中的礦井水還是弱堿性的，在這樣的環(huán)境下，綜采設(shè)備的腐蝕則是氧去極化腐蝕。與酸性環(huán)境對比，在這樣的環(huán)境下的腐蝕，如果設(shè)備的綜合面沒有鈍化，腐蝕的速率相對而言是慢很多的，腐蝕速率較小。

2.3 煤礦綜采設(shè)備在高礦化礦井水中的腐蝕原理分析

高礦化礦井水指的是在礦井水中溶解了很多的固體，整體溶解量在1000mg/L 以上的礦井水就稱為高礦化礦井水。我國礦井水的礦化程度是相當(dāng)高的，基本都是在1000 ～3000mg/L 徘徊，也有一些超標(biāo)的，例如，山東某礦井的礦化程度分析結(jié)果居然高達(dá)4800mg/L。因此，我國礦產(chǎn)開采中大多都面臨著高礦化礦井水腐蝕的問題。

這樣高礦化的礦井水中的鹽分主要來自鈣離子，鎂離子、鈉離子、鉀離子、硫酸根離子、碳酸氫根離子以及氯離子。在綜采設(shè)備表面，這些離子可以結(jié)合形成硫酸鈣和硫酸鎂等固體垢黏附在上面，從而形成緊密的水垢。圖2 是山東某礦井高礦化礦井水浸泡后涂層的SEM 照片，從圖中可以清晰地看出水垢的形成。

圖2 高礦化礦井水浸泡后圖層的SEM 照片

這樣的水垢在綜采設(shè)備表面的依附，形成了這部分材料下的相對閉塞區(qū)。與此同時(shí)，在中性或者弱堿性的礦井水環(huán)境下，這個(gè)相對閉塞區(qū)也在不斷地發(fā)生著氧去極化反應(yīng)，因此，就造成了設(shè)備基體電解質(zhì)溶液的氧含量不斷下降，形成了氧濃度差，這樣就加速了垢下區(qū)域材料的腐蝕速度。而腐蝕產(chǎn)物活性較低，電位與基體電位又可以形成電偶腐蝕，使得腐蝕區(qū)域不斷擴(kuò)大，慢慢延展開來。而礦井水中的硫酸根離子，可以和鐵離子生成硫酸鐵，但在過氧環(huán)境下又可以發(fā)生氧化還原反應(yīng)，再和水化作用混合，就可以形成能夠腐蝕設(shè)備鋼鐵的硫酸成分，這一系列的循環(huán)腐蝕過程大大加速了設(shè)備的腐蝕。

2.4 綜采設(shè)備磨損腐蝕原理分析

綜采設(shè)備工作時(shí)的功率是相當(dāng)大的，而其中的部件在運(yùn)作過程中就可能會因?yàn)橄鄬\(yùn)動而形成摩擦，例如，其中的液壓支架銷軸等結(jié)構(gòu)。本身表面就因?yàn)槠渌蛩匕l(fā)生了腐蝕，但是，因?yàn)楦g產(chǎn)物隔絕了內(nèi)部材料，進(jìn)入相對速率較慢的腐蝕階段。但通過摩擦，讓內(nèi)部材料暴露出來，形成新的表面，使得腐蝕程度更大，速率也因此變快。磨損腐蝕兩個(gè)環(huán)節(jié)相輔相成，比起簡單的腐蝕速率，也是快了不少的。

2.5 綜采設(shè)備的微生物成分腐蝕原理分析

綜采設(shè)備的微生物腐蝕，主要是SRB 引起的。在SRB 的作用下，硫酸根的還原也可以看作是鋼鐵材料腐蝕的陰極反應(yīng)。SRB 相對而言是厭氧的，但在煤礦綜采設(shè)備中，環(huán)境并不是嚴(yán)格無氧的，因此，在各地這方面的資料報(bào)道中，這種情況造成的腐蝕并不多見。但在國內(nèi)對這方面的研究中，也有人從安徽煤礦礦井中分離出了SRB，這說明，煤礦綜采設(shè)備的腐蝕中還是存在微生物腐蝕的可能性的。

3 煤礦綜采設(shè)備的防腐蝕措施

材料腐蝕的程度主要取決于綜采環(huán)境的腐蝕性能以及設(shè)備防腐蝕性能。因此，在考慮煤礦綜采設(shè)備的防腐蝕措施的時(shí)候，也應(yīng)該考慮從這兩個(gè)方面入手解決問題。

首先，對于綜采環(huán)境的腐蝕限制。目前，已經(jīng)廣泛投入實(shí)際使用的技術(shù)有沉淀技術(shù)、混凝沉淀技術(shù)、混凝沉淀過濾技術(shù)等。如果礦井水中含有較多的懸浮物，可以考慮根據(jù)懸浮物的特性，考慮使用水凈化處理的混凝和沉淀等方法去除礦井水中的懸浮物，或者降低礦井水的礦度，減少形成垢的可能性。在遇到酸性礦井水的時(shí)候，可以考慮使用中和的方法來降低礦井水的pH 值。而對于類似SRB 的微生物腐蝕，主要是用微生物方法去處理。除了上面提到的之外，目前，在我國煤礦開采環(huán)境中運(yùn)用最多和最廣泛的，也就是電滲透和反滲透的礦井水處理方法。另一方面，則是通過材料學(xué)的研究，來開發(fā)耐腐蝕程度更高的材料和涂層。

對于煤礦設(shè)備的腐蝕，主要是根據(jù)具體工況選擇強(qiáng)度更高的材料或者是對原有的材料原件的表面進(jìn)行涂層防腐蝕保護(hù)。目前，常用的設(shè)備表面防腐蝕保護(hù)措施有熱噴涂技術(shù)、電鍍鋅技術(shù)和激光熔覆技術(shù)等。

如果想進(jìn)一步提高抗腐蝕性能，還可以在元件上鍍上一些防腐蝕材料。而對于在設(shè)備運(yùn)作過程中可能因?yàn)槟p而造成腐蝕的元件，例如，銷軸和鏈條等，則可以采取表面涂層保護(hù)的方法進(jìn)行防腐蝕處理，例如，在元件表面使用熱浸鋅技術(shù)，或是UPQ 鹽浴混合處理。

熱浸鋅技術(shù)對于很多需要換零件的設(shè)備是一種福音。山東某礦的水質(zhì)呈現(xiàn)弱堿性，而且礦井水的礦化度也相對較高，原本使用的是普通的鋼銷軸，一個(gè)工作面后就腐蝕與銷孔結(jié)合，只能進(jìn)行切割處理，而使用熱浸鋅技術(shù)就完美地解決了這個(gè)問題。

UPQ 鹽浴混合處理方法，則是現(xiàn)在常用的一種金屬表面強(qiáng)化的技術(shù)，可以使金屬表面的抗磨損性能和抗腐蝕性能都得到一定的提升。

除此之外，涂料保護(hù)也是最常用的防腐蝕技術(shù)之一。如果采用這種技術(shù)，富鋅涂料是一個(gè)好的選擇。

4 結(jié)語

煤礦設(shè)備零件的腐蝕，可能會導(dǎo)致整個(gè)設(shè)備的損害失效，帶來較大的經(jīng)濟(jì)損失。無論采用何種技術(shù)，還是要基于礦井的具體環(huán)境分析處理，選擇適宜的防腐蝕措施。