煤礦機械磨損失效及表面改性技術(shù)
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摘要：針對煤礦設備出現(xiàn)磨損失效以及使用壽命短等問題，分析了煤礦設備的失效形式及原因，提出利用激光熔覆技術(shù)與等離子熔覆技術(shù)對設備進行表面改性。通過實驗可以看出，及時對磨損失效的機械設備采用先進的表面改性技術(shù)，可以增強設備的耐磨度與抗腐蝕性，延長機械設備的使用壽命。
1煤礦設備失效分析
煤礦開采設備所處環(huán)境較為惡劣，經(jīng)常會在潮濕、腐蝕的環(huán)境中作業(yè)，且開采期間，煤礦機電設備表面還會承受不同程度的重載沖擊與嚴重摩擦。加之煤礦設備體積較大，以致得不到及時保養(yǎng)，各個運轉(zhuǎn)部件也沒有得到有效潤滑，久而久之，機械設備便會出現(xiàn)磨損、腐蝕等問題，從而導致失效[1]。
1.1截齒失效
采煤機截割煤層的關(guān)鍵零件便是截齒，其也是開采期間消耗量最大的零件，會直接接觸煤層與巖石，因此很容易發(fā)生磨損問題。同時，在截割煤層過程中，截齒還會因摩擦產(chǎn)生高溫，加重磨損程度。
1.2中部槽失效
運輸期間，刮板運輸機由于受煤塊以及巖石等顆粒沖擊的影響，中部槽很容易出現(xiàn)磨料磨損問題。同時，在綜采表面的運行過程中，中部槽也會受到腐蝕液體以及氣體物質(zhì)的影響，從而造成腐蝕與磨損問題。
1.3液壓支架立柱失效
在整個綜采過程中，液壓支架具備重要的支撐防護作用，且支柱也屬于關(guān)鍵的承載部件，由此看出，立柱直接影響著整個綜采作業(yè)的安全性。但由于井下具備較大濕度且存在較多的粉塵顆粒，這也使得液壓支架長期處于惡劣的酸堿環(huán)境中，從而使其表面極易出現(xiàn)劃痕與腐蝕問題，不但會影響液壓支架的舉升效果，甚至危及整個煤礦開采工作的安全性。
2引起煤礦機械設備磨損失效的因素
在分析煤礦機械設備磨損失效原因時，不但應對作業(yè)過程、現(xiàn)場環(huán)境、作業(yè)內(nèi)容以及后續(xù)保養(yǎng)等方面進行考察，且還應進行理論分析，有效統(tǒng)計煤礦設備的磨損情況，評估企業(yè)的經(jīng)濟損失。統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)，小型煤礦為了解決機械設備磨損失效問題需要投入千萬元資金，而大型煤礦甚至需要投資上億元。煤礦開采可以分為露天開采以及礦井開采等方式，且多數(shù)采取井下開采方式?？梢姡噍^礦井開采，露天開采的機械磨損失效情況較好。由于露天開采環(huán)境酸堿度比較適中，且地處開闊，因此后期維護更容易，降低了磨損程度[2]。從地理方面看來，礦井下環(huán)境潮濕其溫度遠遠高于外界，土壤的酸堿度較高。而多數(shù)煤礦機械設備由鋼、鐵等合金制成，在潮濕的酸堿環(huán)境下很容易發(fā)生化學反應，使得其表面受到腐蝕。更嚴重的是，機械設備必須依靠電力維持運行，而大量的電流也會加重腐蝕程度，甚至機械內(nèi)部也會受到腐蝕。且上述作業(yè)需要每天重復，因此，此過程導致的磨損最為嚴重。從開采過程看來，期間煤炭硬度會對機械設備產(chǎn)生很大的損傷，且硬度越大，磨損越嚴重，甚至當煤炭硬度超過標準值后，還會對機械設備產(chǎn)生不可逆的損傷[3]。
3煤礦機械表面改性技術(shù)
隨著工業(yè)的快速發(fā)展，表面改性技術(shù)已在煤礦機械設備以及產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級方面得到了廣泛采用，煤礦機械方面也開始引入更多的先進技術(shù)。表面改性技術(shù)的應用可以有效解決煤礦設備失效問題，不但提升了設備的整體運輸性能，且還會節(jié)約原料，降低開采成本。噴涂、焊絲堆焊以及鍍鉻等傳統(tǒng)的處理技術(shù)均屬于煤礦機械表面處理技術(shù)，但這些技術(shù)均不同程度存在缺陷。表面噴涂技術(shù)的操作流程較為簡單，但與機械設備表面屬于機械結(jié)合，強度較低，因此不能使用于重載荷、大沖擊以及潮濕腐蝕情況下的機械設備。鍍鉻工藝主要使用在液壓支架方面，其操作簡單，且成本較低，但實際使用時極易腐蝕，需要企業(yè)定期檢修，同時此技術(shù)使用期間還會出現(xiàn)嚴重污染環(huán)境的六價鉻，因此已被明令禁止。焊絲堆焊技術(shù)也較為簡單，但工作期間很容易出現(xiàn)氣孔以及焊渣等問題，因此不能大范圍使用至煤礦機械設備中。而當前煤礦機械新型的表面改性技術(shù)主要包括等離子熔覆技術(shù)與激光熔覆技術(shù)。
3.1等離子熔覆技術(shù)
等離子熔覆技術(shù)主要對設備表面進行強化處理，期間會使用等離子熱源方法以及熔覆材料。實際使用時，作業(yè)人員應結(jié)合機械設備的實際運行情況選擇恰當?shù)娜鄹膊牧希蕴嵘浔砻嫘阅?。在處理截齒磨損嚴重的齒頭表面時，等離子熔覆強化處理技術(shù)主要利用高硬度、高耐磨性且含有碳化物硬質(zhì)顆粒的合金粉末進行耐磨熔覆強化處理，以有效提升截齒表面的耐磨性，延長使用壽命，提高截齒采煤的截割效率。在處理中部槽易磨損部分時，應使用高硬度、耐沖擊的耐磨合金粉末，利用等離子熔覆技術(shù)進行耐磨強化處理，增強中部槽耐磨度，避免設備被磨損。同時，在等離子強化處理期間，一節(jié)中部槽相當于以往兩節(jié)以上的中部槽，不但增加了采煤運輸量，也延長了設備的使用時間，增大了煤炭的開采量。
3.2激光熔覆技術(shù)
激光熔覆技術(shù)屬于新型的表面改性技術(shù)，主要激光熔覆強化處理機械設備表面，期間會使用激光束技術(shù)以及激光熔覆材料。同時，在煤礦開采期間，此技術(shù)主要被用于改性液壓支架立柱的表面。在處理過程中，主要將高硬度、耐腐蝕且性能優(yōu)異的霧化合金粉末作為激光熔覆材料，并對設備立柱表面進行改性。激光熔覆設備運行期間不會出現(xiàn)氣孔，且其運行穩(wěn)定不會產(chǎn)生有害物質(zhì)，屬于綠色環(huán)保的設備表面改性技術(shù)。除此之外，此技術(shù)可以完全替代傳統(tǒng)表面鍍鉻技術(shù)，提高機械設備的耐腐蝕以及耐磨損度，降低煤礦企業(yè)的維修成本。
4實際效益分析
由于井下環(huán)境的復雜性，實際開采期間，大量的機械設備均存在因磨損而報廢的問題，根本沒有達到既定的使用期限?？梢娔p問題造成機械設備的嚴重浪費。而在煤礦開采行業(yè)中引入新型的表面改性技術(shù)可以有效緩解上述問題，且得到了機械設備生產(chǎn)企業(yè)的有效認可。相較傳統(tǒng)的表面改性技術(shù)而言，等離子熔覆技術(shù)和激光熔覆技術(shù)具備設備穩(wěn)定、表面性能穩(wěn)定、強化處理效果好以及熔覆效率高等優(yōu)勢，且高效環(huán)保，不會污染環(huán)境。同時，在煤礦機械設備改性期間采用新型的表面改性技術(shù)，還可以增強設備的耐磨度與抗腐蝕性，可為企業(yè)節(jié)省大量的新設備支出費用。
5結(jié)語
煤礦生產(chǎn)環(huán)境十分復雜，挖掘生產(chǎn)期間必須采用多種復雜的機械設備，這也導致了機械失效形式的多樣化。而等離子熔覆技術(shù)以及激光熔覆技術(shù)可以有效改善煤礦機械設備的磨損問題，延長設備的使用壽命，是煤礦機械設備未來發(fā)展的必然趨勢。
參考文獻
[1]王龍峰.煤礦機械磨損失效分析方法和抗磨措施淺探[J].機械管理開發(fā)，2017（4）：、55-57.
[2]李群，劉同岡，張弛，等.煤礦機械磨損工況鐵譜綜合分析方法研究[J].煤炭技術(shù)，2017（3）：22-24.
[3]付亮，郭偉杰.煤礦機械磨損失效分析方法與抗磨措施[J].山東工業(yè)技術(shù)，2016（6）：66
作者：曹振華 單位：山西汾西礦業(yè)（集團）有限責任公司設計院
