煤礦機械磨損失效及表面改性技術的研究

張祚明

摘 要：為了有效地解決現階段煤礦設備出現磨損失效的問題，本人通過利用自身多年的從業經驗，對煤礦設備的失效形式以及失效與原因進行細致化分析。并以此為基礎，針對煤礦機械設備磨損失效問題所應用的表面改性技術的應用效果進行研究。

關鍵詞：煤礦機械；磨損失效；表面改性技術；應用

從長期的發展來看，多數煤炭開采作業都是在井下進行，在實際的施工中所面臨的工況條件要遠比我們想的復雜得多。在這樣的工況條件影響下，導致煤礦機械設備所承受的工作強度較大，經常會出現煤礦機械設備壽命縮短，甚至失效的情況。這不但給煤炭經濟帶來嚴重的損失，同時也給礦井開采作業的安全帶來嚴重的威脅。因此可以說，我們加強對煤礦機械設備失效形式及原因的研究是非常有必要的。

1 煤礦機械設備出現磨損失效的主要原因

煤機設備本身的體積就要比一般的機械設備大得多，在實際運作的過程中，受到體積龐大的影響，十分不便于移動。且多數煤機設備都處于長期作業的狀態，極容易出現磨損的情況。更重要的是，煤機設備得不到合理的維修與保養，如各運轉零件沒有得到及時的潤滑，最終導致煤機設備在長期的運行中出現磨損、腐蝕等影響其運行效率的情況。在煤炭開采的作業中，我們常常應用到采煤機、掘進機、刮板輸送機以及液壓支架等煤機設備（俗稱“三機一架”）[1]。一般來說，這些煤機設備出現磨損或者腐蝕的頻次較高且最嚴重，對煤炭開采作業的安全運行造成了嚴重的影響。

1.1 截齒失效

截齒是采煤機上截割煤層的主要結構部位，同時也是煤炭開采中消耗功率最高的結構部位。在實際的工作中，截齒主要與煤層或者矸石等堅硬礦物進行直接接觸，由于堅硬礦物自身的硬度較高，截齒在截割的過程中很容易出現磨損的情況。且隨著截割時間的延長，截齒受損的程度會越高。除此之外，截齒在截割煤層的過程中，還會因受到反復摩擦的作用，產生高溫。而在高溫的條件下會加劇截齒表面的磨損程度，進而會導致其出現失效的情況。

1.2 中部槽失效

刮板輸送機在煤炭開采過程中的主要功能為輸送采煤機截割下來的煤塊以及其它物料。而中部槽作為刮板輸送機的承受載體，在實際的工作中會承受較大的壓力，這些壓力往往來自于煤塊或者煤矸石等硬物的碰撞作用，一旦承受的壓力超過實際承受的范圍，勢必會造成中部槽表面出現嚴重的磨損情況。另外，中部槽在實際的運行中，會在綜采表面進行高速運轉，而礦井的實際施工環境比較潮濕，中部槽較容易受到腐蝕物或者有害氣體的影響，在傳送的過程中其表面出現鏈道腐蝕及磨損的現象。

1.3 液壓支架立柱失效

液壓支架在整個煤炭綜采工作中起到主要的防護作用與支撐作用，具有較大的應用意義。立柱作為液壓支架的關鍵結構部件，可以起到承載的作用，確保綜采作業的施工安全。然而受到井下施工濕度較強的影響，部分粉塵顆粒或者腐蝕物質會介入到液壓支架的運轉過程中，使得液壓支架處于惡劣、堿性條件較強的工作環境中。在這種環境狀態的影響之下，立柱表面會出現明顯的劃痕和腐蝕，容易產生失效的情況，進而威脅整個開采作業的質量安全。

2 關于煤礦機械表面改性技術的相關研究

隨著工業技術的不斷發展與完善，煤礦機械表面改性技術逐漸得到了煤礦行業的廣泛應用，主要是為了解決機械設備磨損失效的問題。通過對失效或者已經報廢處理的煤機設備，利用先進的表面改性技術進行維修處理，極大程度上可以使煤機設備恢復正常工作的水平，有效節約了設備原材料的使用成本，與此同時還有效提高了設備的整體性能，具有較大的應用意義。

從目前煤機設備的表面改性技術的應用來看，常用到的技術類型主要有等離子熔覆技術、激光熔覆技術兩種。其中，等離子熔覆技術主要利用等離子熱源結合的原理，結合具體的熔覆材料，對煤機設備表面的磨損問題進行深化處理。舉個例子來說，利用等離子熔覆技術對磨損嚴重的截齒部位進行處理的時候，施工人員需要先對磨損嚴重的齒頭進行耐磨熔覆處理，并在此基礎上選用硬度與耐磨性較高的合金粉末熔覆材料對截齒表面進行強化處理。通過利用這種方法可以有效地提高截齒表面的抗磨能力。

激光熔覆技術是近幾年研發出來的表面改性技術，主要的應用原理為利用高能激光束與相關的熔覆材料，對存在磨損問題的設備表面進行強化處理，提升煤機設備的使用性能。以解決立柱的磨損問題為例，在選擇好高強度及耐腐蝕性能較高地激光熔覆材料的基礎上對出現磨損問題的立柱部件進行強化處理，可以提升立柱耐腐蝕以及耐磨的使用性能，極大程度上可以有效延長立柱的使用期限。最重要的是，這種技術出現氣孔等熔覆缺陷地概率極低，且屬于綠色無污染的表面改性技術，基本上不會對環境造成惡劣影響。另外，激光熔覆技術還可以有效地強化綜采支護設備的使用性能，能夠為企業節省設備購置的費用。

總而言之，煤礦的生產環境較為復雜，在實際運作的過程中很容易造成機械設備失效的情況，極大程度上給相關企業帶來了嚴重的經濟損失。為了有效地避免這一情況的發生，我們應該積極地利用表面改性技術加強煤機設備表面的抗磨蝕性，提高煤機設備的整體使用性能與延長煤機設備的使用壽命，進而提高我國煤炭行業的經濟效益與社會效益，實現煤礦行業可持續發展的戰略目標。

參考文獻：

[1]謝泳.煤礦機械磨損失效分析方法和抗磨措施[J].潤滑與密封，2006（09）：213-215.