基于小莊煤礦工作面立柱防腐性能的試驗研究

趙文革，劉戰武，董洪濤，趙 鵬，丁林海

1陜西陜煤彬長礦業有限公司 陜西咸陽 713500

2陜西彬長小莊礦業有限公司 陜西咸陽 713500

3西安重裝銅川煤礦機械有限公司 陜西銅川 727031

小莊煤礦開采工作面的液壓支架立柱、千斤頂表面采用電鍍鉻工藝，使用2個月左右鍍鉻區產生銹蝕，如果繼續使用支架升降，銹蝕部位將損壞立柱導向套密封，導致立柱上腔漏液，不能降柱，影響工作面的推進[1]。

為了減緩銹蝕，小莊煤礦采取了多種措施，雖然取得一定的效果，但是延長了工作面檢修時間。40214 工作面液壓支架首次采用了激光熔覆處理工藝，使用 1 個月后，有部分立柱、千斤頂激光熔覆表面出現銹蝕。小莊煤礦與支架生產廠家共同對該問題進行了研究與分析，在后期防護工作中采取相應的措施，立柱、千斤頂激光熔覆表面銹蝕未繼續擴散，整體效果良好。

1 工作面環境分析

小莊煤礦位于陜西省咸陽市彬長礦區中部，埋深大，工作面環境溫度在 30℃ 左右，且空氣中存在 H2S等有害氣體，呈酸性，空氣濕度大，具備酸性腐蝕條件。水質監測 Cl-含量達 201.1 mg/L、SO42-含量達564.89 mg/L，液壓支架處于酸鹽腐蝕較強的環境。

液壓支架立柱、千斤頂表面采用了激光熔覆工藝，使用 1 個月后，部分立柱外表面出現黃色、淺黃色斑點，砂紙打磨后，斑點處存在淺坑、針眼、暈斑，立柱激光熔覆表面已發生銹蝕[2]。

2 方案的制定

針對立柱激光熔覆表面出現的銹蝕，分析銹蝕誘因，研究銹蝕機理，筆者提出綜合處理方案，通過多種測試手段，得到激光熔覆表面處理方案[3]。激光熔覆表面處理流程如圖 1 所示。

3 立柱表面的處理措施

為未銹蝕的立柱增加保護套，使其激光熔覆表面與工作面環境隔離，減少粉塵吸附。

圖1 激光熔覆表面處理流程

銹蝕的立柱激光熔覆表面如圖 2 所示，用 600 目砂紙進行打磨，并擦拭干凈，在其激光熔覆表面涂抹純乳化油，然后套上保護套。處理后，經過 50 天的觀察，發現打磨維護后的立柱表面 (見圖 3) 未再出現銹蝕。

圖2 立柱銹蝕表面

圖3 打磨保護 50 d 后的立柱表面

4 原因分析與論證

4.1 原因分析

綜合分析立柱表面銹蝕的原因是對礦井酸性氣體環境的預判不夠準確，在進行激光熔覆時選擇了耐銹蝕能力不強的 401 鐵基不銹鋼粉。401 不銹鋼粉的成分如表 1 所列。

表1 401 鐵基不銹鋼粉成分

4.2 井下樣塊懸掛試驗

將 401、ADT12、ADN20 3 種激光熔覆粉制作的試樣與采用電鍍銅合金、電鍍鉻的試樣一起懸掛在40214 工作面 (如圖 4 所示)，進行跟蹤分析。

圖4 試樣在井下懸掛情況

在第 43 天時，發現鍍銅的試樣出現銹蝕；在第127 天時，發現鍍鉻與熔覆 401 粉的試樣也出現了銹蝕，而熔覆 ADT12 粉與 ADN20 粉的 2 種試樣表面完好，無明顯銹蝕。

4.3 試樣試驗

通過對金屬材料腐蝕表征分析得出，一是 H2S 的酸性腐蝕，二是水分和氧氣引起的氧腐蝕。

對現場懸掛的 3 種激光粉末熔覆的試樣進行耐H2S 腐蝕試驗與耐氧腐蝕試驗，結果表明耐 H2S 腐蝕試驗的 401 粉激光熔覆試樣發生了銹蝕 (見圖 5)，其余 2 個試樣表面完好。

對比井下懸掛試樣與實驗室耐氧、耐 H2S 試樣試驗結果可見，原井下使用的 401 鐵基不銹鋼粉耐 H2S腐蝕的性能較弱，是引起銹蝕的主要原因。

圖5 銹蝕部位 20X 放大圖

5 結語

(1) 盡管采用激光熔覆工藝處理的立柱、千斤頂表面較傳統的鍍鉻、鍍銅等工藝處理的耐腐蝕性能較好，但仍需根據井下環境合理選擇，以提高經濟性；

(2) 礦井在液壓支架防腐手段上選擇激光熔覆工藝時，需要根據井下水質、氣體環境要求采用適合的激光熔覆材料；

(3) 激光熔覆廠家應根據現場使用環境的差異，采用不同的熔覆材料及工藝；

(4) 立柱表面增加保護套及采取相應的維護措施能有效地避免粉塵吸附在立柱表面，對于防止立柱銹蝕能起到積極的作用。