乳化液污染機理及屯蘭礦水質分析

冀成

(西山煤電集團公司 屯蘭煤礦，山西 太原 030200)

0 引言

液壓支架電液控制系統對傳動液過濾精度要求非常高，其中電液控制閥中的先導閥要求過濾精度達到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定性，保證液壓支架能可靠地運行，直接關系到煤礦的安全生產。

現階段，電液控支架的傳動介質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定性，配制乳化液所需水的質量十分重要[2]。

1 乳化液污染機理

乳化液配制用水對液壓支架形成的系統污染主要包括：硬質顆粒,鈣鎂離子引起的結垢,菌類、病毒等有機污染，電化學腐蝕4個方面。其中，硬質顆粒易對閥組等造成機械磨損，鈣鎂離子引起的結垢易造成傳動系統阻塞和機械磨損，菌類、病毒等有機物的衍生和繁殖易造成系統阻塞和介質失效變質[3]。本文主要就電化學腐蝕機理及影響因素予以闡述。

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

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 水質分析

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

本次檢測依據標準MT 76—2011《液壓支架用乳化油、濃縮物及其高含水液壓液》中所用水質要求及標準GB/T 19923—2005《城市污水再生利用 工業用水水質》的水質指標予以檢測。由于該礦采購的濃縮液或乳化油產品的型號所對應的水質硬度均為500 mg/L，故礦井水質數據分析均按照行業標準MT 76—2011所規定的等級為“10”的人工硬水作為參照標準。

3.1 水質總硬度分析

電液控支架所用乳化油或濃縮液選型的一個重要指標是水質總硬度。當配置乳化液水源水質硬度過大，乳化液中會消耗過多陰離子活性劑，乳化液常常出現渾濁或者油皂析現象。根據標準要求，水質總硬度應不得高于500 mg/L。

由表1可知,屯蘭煤礦所取3個地點的水樣總硬度均盡管達到了指標的要求，但屯蘭礦內維隊水池中的水經過管路到達工作面后，其水質硬度變化仍較為明顯，硬度指標明顯升高。

3.2 水質硫酸根離子

電液控支架所用乳化油或濃縮液選型的另一個重要指標是水中硫酸根離子含量。當配置乳化液所用水源的硫酸根離子含量過高，會造成配置好的乳化液的電導率升高，也就是配置的乳化液導電性能升高，便會出現乳化液渾濁等情況。根據標準要求，硫酸根離子質量濃度不得高于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,屯蘭煤礦所取兩個地點的水樣硫酸根離子濃度指標雖能達到了標準的要求，但地面水源經過管路輸送后，其井下工作面處的水源的硫酸根離子指標超標。

3.3 水質氯離子

電液控支架所用乳化油或濃縮液選型的第3個重要指標是水中氯離子的含量。當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率也升高，也就是配置的乳化液導電性能升高，便會出現乳化液渾濁等情況。根據標準要求，硫酸根離子質量濃度不得高于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個地點的水樣氯離子濃度指標均能達到標準要求，地面水源經過管路輸送后，井下工作面處的水源的氯離子指標也降低。

通過對該煤礦3處水源水質情況的檢測，特別針對影響乳化液質量的水質硬度、硫酸根離子、氯離子等進行分析可知,內維隊水池水源的水質情況較好，若地面將乳化液配好后直接向井下供液方式，既需要加設水處理設備(確保水質的穩定性)，又要再重新鋪設管路，這樣鋪設管路距離較遠，投資較大。但若采用工作面用水配置乳化液，水質硬度指標接近臨界值，硫酸根離子含量指標均不符合要求，需要投入水處理設備，但管路部分投入較少，在經濟效益方面能較好地滿足了要求。現初步選用在盤區適當位置建立乳化液集中配置中心。

4 結論

通對屯蘭煤礦3個地點水質情況進行檢測，屯蘭礦水源狀況整體良好。通過分析得到影響乳化液穩定性的關鍵因素，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。對確定水處理方案提供了科學依據，為電液控支架在該礦穩定、可靠運行提供了技術支持。