乳化液污染機(jī)理及屯蘭礦水質(zhì)分析

冀成

(西山煤電集團(tuán)公司 屯蘭煤礦，山西 太原 030200)

0 引言

液壓支架電液控制系統(tǒng)對(duì)傳動(dòng)液過濾精度要求非常高，其中電液控制閥中的先導(dǎo)閥要求過濾精度達(dá)到25 μm[1]。因此，確保水與乳化油配置后的乳化液的過濾精度和穩(wěn)定性，保證液壓支架能可靠地運(yùn)行，直接關(guān)系到煤礦的安全生產(chǎn)。

現(xiàn)階段，電液控支架的傳動(dòng)介質(zhì)普遍采用乳化油與水配置成的高含水乳化液，該乳化液是由95%～97%的水與5%～3%的乳化油配置而成。因此，要確保后期乳化液的穩(wěn)定性，配制乳化液所需水的質(zhì)量十分重要[2]。

1 乳化液污染機(jī)理

乳化液配制用水對(duì)液壓支架形成的系統(tǒng)污染主要包括：硬質(zhì)顆粒,鈣鎂離子引起的結(jié)垢,菌類、病毒等有機(jī)污染，電化學(xué)腐蝕4個(gè)方面。其中，硬質(zhì)顆粒易對(duì)閥組等造成機(jī)械磨損，鈣鎂離子引起的結(jié)垢易造成傳動(dòng)系統(tǒng)阻塞和機(jī)械磨損，菌類、病毒等有機(jī)物的衍生和繁殖易造成系統(tǒng)阻塞和介質(zhì)失效變質(zhì)[3]。本文主要就電化學(xué)腐蝕機(jī)理及影響因素予以闡述。

液壓支架閥組、缸體等基體金屬發(fā)生腐蝕主要是腐蝕介質(zhì)通過鍍層空隙，缺陷等到達(dá)基體金屬體造成的[4]。其中鍍層、碳鋼基體、腐蝕介質(zhì)形成了一個(gè)異金屬腐蝕電池，缺陷處裸露基體形成小陽(yáng)極而鍍層為大陰極，造成金屬基體加速腐蝕。其產(chǎn)生的氧化物又通過空隙和缺陷擴(kuò)散到鍍層表面，形成了點(diǎn)蝕。

2 非純水配制乳化液腐蝕影響因素

2) 特異離子的影響。非純水配制乳化液水中Cl-等特異離子對(duì)腐蝕有重要的影響,比如Cl-離子可以引起不銹鋼、鋁和鋁合金孔蝕等。

3 水質(zhì)分析

屯蘭煤礦井下用水引自內(nèi)維隊(duì)清水池(來(lái)自井下10#水文鉆孔)，其水壓來(lái)自地面與井下259 m水壓差，水壓約為1.5～2.5 MPa。靜壓水由DN200無(wú)縫鋼管直埋敷設(shè)引至主斜井口,再由主斜井口以DN200鋼管引至井下4#交叉點(diǎn),然后由4#交叉點(diǎn)向礦井東西兩翼供水。

本次檢測(cè)依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)MT 76—2011《液壓支架用乳化油、濃縮物及其高含水液壓液》中所用水質(zhì)要求及標(biāo)準(zhǔn)GB/T 19923—2005《城市污水再生利用 工業(yè)用水水質(zhì)》的水質(zhì)指標(biāo)予以檢測(cè)。由于該礦采購(gòu)的濃縮液或乳化油產(chǎn)品的型號(hào)所對(duì)應(yīng)的水質(zhì)硬度均為500 mg/L，故礦井水質(zhì)數(shù)據(jù)分析均按照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)MT 76—2011所規(guī)定的等級(jí)為“10”的人工硬水作為參照標(biāo)準(zhǔn)。

3.1 水質(zhì)總硬度分析

電液控支架所用乳化油或濃縮液選型的一個(gè)重要指標(biāo)是水質(zhì)總硬度。當(dāng)配置乳化液水源水質(zhì)硬度過大，乳化液中會(huì)消耗過多陰離子活性劑，乳化液常常出現(xiàn)渾濁或者油皂析現(xiàn)象。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求，水質(zhì)總硬度應(yīng)不得高于500 mg/L。

由表1可知,屯蘭煤礦所取3個(gè)地點(diǎn)的水樣總硬度均盡管達(dá)到了指標(biāo)的要求，但屯蘭礦內(nèi)維隊(duì)水池中的水經(jīng)過管路到達(dá)工作面后，其水質(zhì)硬度變化仍較為明顯，硬度指標(biāo)明顯升高。

3.2 水質(zhì)硫酸根離子

電液控支架所用乳化油或濃縮液選型的另一個(gè)重要指標(biāo)是水中硫酸根離子含量。當(dāng)配置乳化液所用水源的硫酸根離子含量過高，會(huì)造成配置好的乳化液的電導(dǎo)率升高，也就是配置的乳化液導(dǎo)電性能升高，便會(huì)出現(xiàn)乳化液渾濁等情況。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求，硫酸根離子質(zhì)量濃度不得高于400 mg/L。

表1 屯蘭礦水源的總硬度

表2 屯蘭礦水源的硫酸根離子

由表2可知,屯蘭煤礦所取兩個(gè)地點(diǎn)的水樣硫酸根離子濃度指標(biāo)雖能達(dá)到了標(biāo)準(zhǔn)的要求，但地面水源經(jīng)過管路輸送后，其井下工作面處的水源的硫酸根離子指標(biāo)超標(biāo)。

3.3 水質(zhì)氯離子

電液控支架所用乳化油或濃縮液選型的第3個(gè)重要指標(biāo)是水中氯離子的含量。當(dāng)配置乳化液所用水源的氯離子含量過高，造成配置好的乳化液的電導(dǎo)率也升高，也就是配置的乳化液導(dǎo)電性能升高，便會(huì)出現(xiàn)乳化液渾濁等情況。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求，硫酸根離子質(zhì)量濃度不得高于200 mg/L。

表3 屯蘭礦水源的氯離子

由表3可知,屯蘭煤礦所取3個(gè)地點(diǎn)的水樣氯離子濃度指標(biāo)均能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，地面水源經(jīng)過管路輸送后，井下工作面處的水源的氯離子指標(biāo)也降低。

通過對(duì)該煤礦3處水源水質(zhì)情況的檢測(cè)，特別針對(duì)影響乳化液質(zhì)量的水質(zhì)硬度、硫酸根離子、氯離子等進(jìn)行分析可知,內(nèi)維隊(duì)水池水源的水質(zhì)情況較好，若地面將乳化液配好后直接向井下供液方式，既需要加設(shè)水處理設(shè)備(確保水質(zhì)的穩(wěn)定性)，又要再重新鋪設(shè)管路，這樣鋪設(shè)管路距離較遠(yuǎn)，投資較大。但若采用工作面用水配置乳化液，水質(zhì)硬度指標(biāo)接近臨界值，硫酸根離子含量指標(biāo)均不符合要求，需要投入水處理設(shè)備，但管路部分投入較少，在經(jīng)濟(jì)效益方面能較好地滿足了要求。現(xiàn)初步選用在盤區(qū)適當(dāng)位置建立乳化液集中配置中心。

4 結(jié)論

通對(duì)屯蘭煤礦3個(gè)地點(diǎn)水質(zhì)情況進(jìn)行檢測(cè)，屯蘭礦水源狀況整體良好。通過分析得到影響乳化液穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素，其水源總硬度、氯離子濃度偏高，若直接配置乳化液易造成電液控支架閥組堵塞、磨損等問題。對(duì)確定水處理方案提供了科學(xué)依據(jù)，為電液控支架在該礦穩(wěn)定、可靠運(yùn)行提供了技術(shù)支持。