煤矿井下管道智能防腐涂装装备的研制与工程应用

一、引言

煤矿作为我国重要的能源产业，其安全生产至关重要。在煤矿井下作业环境中，通风、排水、瓦斯抽采等各类管道是保障煤矿正常生产的关键基础设施 。然而，井下长期处于高湿度、高粉尘、含有硫化氢等强腐蚀性气体的复杂环境，管道极易遭受腐蚀，导致管道壁厚减薄、泄漏甚至断裂，不仅造成资源浪费，还可能引发瓦斯爆炸、透水等严重安全事故，威胁矿工生命安全。传统的管道防腐涂装方式多依赖人工操作，存在效率低、质量不稳定、劳动强度大等问题，难以满足煤矿现代化安全生产的需求。因此，研制煤矿井下管道智能防腐涂装装备，并推动其工程应用，对延长管道使用寿命、降低维护成本、保障煤矿安全生产具有重要的现实意义。

二、煤矿井下管道腐蚀环境分析

（一）湿度与水分影响

煤矿井下巷道湿度普遍较高，长期处于 85%-95% 的相对湿度环境，部分区域甚至接近 100% 。大量的水分附着在管道表面，形成一层水膜，为电化学腐蚀创造了条件。管道金属在水膜中发生氧化反应，形成原电池，加速金属腐蚀进程，导致管道表面出现锈斑、锈层剥落等现象。

（二）粉尘与固体颗粒作用

井下作业过程中会产生大量煤尘、岩尘等固体颗粒。这些粉尘在管道表面沉积，一方面会吸附空气中的水分和腐蚀性气体，形成具有腐蚀性的电解质溶液；另一方面，粉尘颗粒在气流作用下会对管道表面产生冲刷磨损，破坏管道表面的防腐涂层，使金属直接暴露在腐蚀环境中，加剧管道腐蚀。

（三）腐蚀性气体侵蚀

煤矿井下常含有硫化氢（H₂S）、二氧化碳（ CO₂ ）等腐蚀性气体 。硫化氢与管道金属发生化学反应，生成硫化铁等腐蚀产物，导致管道出现点蚀、坑蚀等局部腐蚀；二氧化碳溶解在管道表面的水膜中，形成碳酸，对金属产生腐蚀作用，使管道壁厚逐渐减薄，降低管道的强度和密封性。

三、煤矿井下管道智能防腐涂装装备研制

（一）总体设计

煤矿井下管道智能防腐涂装装备采用模块化设计理念，主要由行走机构、喷涂机构、涂料供给系统、智能控制系统和安全防护装置等部分组成 。行走机构能够适应井下复杂地形，实现装备在管道上的稳定移动；喷涂机构可根据管道规格和防腐要求，精确控制喷涂角度、喷涂厚度和喷涂速度；涂料供给系统确保涂料的连续稳定供应；智能控制系统通过传感器实时采集作业数据，并进行分析处理，实现装备的自动化、智能化运行；安全防护装置则保障装备在井下作业过程中的安全性，防止发生碰撞、漏电等事故。

（二）关键技术研发

自适应行走技术：研发具有自适应功能的行走机构，采用多轮驱动和悬挂减震设计，能够在不同管径、不同坡度的管道上稳定行走。同时，配备激光测距传感器和视觉识别系统，实时感知管道表面状况和周围环境，自动调整行走姿态，避免碰撞和打滑 。

精准喷涂技术：运用智能喷涂算法和高精度喷涂设备，实现对涂料喷涂量、喷涂范围和喷涂均匀性的精准控制。通过压力传感器和流量传感器监测涂料的压力和流量，结合管道表面形状和尺寸信息，自动调整喷枪的喷涂参数，确保防腐涂层厚度均匀、无漏喷和流挂现象。

智能控制系统：构建基于物联网和人工智能的智能控制系统，集成数据采集、处理、分析和决策功能。系统可实时监测装备的运行状态、涂料剩余量、环境参数等信息，并通过无线通信模块将数据传输至地面监控中心 。同时，利用机器学习算法对作业数据进行分析，优化装备运行参数，实现装备的自主决策和智能调控。

（三）装备功能特点

自动化程度高：煤矿井下管道智能防腐涂装装备能够实现从行走、喷涂到清洗的全流程自动化作业，无需人工干预，大大降低了工人的劳动强度，提高了作业效率。

适应性强：可适应不同管径（DN50 - DN1200）、不同材质的煤矿井下

管道防腐涂装作业，且能在潮湿、粉尘等恶劣环境下稳定运行。

喷涂质量优：通过精准的喷涂控制技术，确保防腐涂层厚度均匀、附着力强，有效提升管道的防腐性能，延长管道使用寿命。

安全可靠：装备配备完善的安全防护装置，如防碰撞传感器、漏电保护装置、防爆系统等，满足煤矿井下安全生产的要求，保障作业人员和设备的安全。

四、工程应用案例与效果分析

（一）工程应用案例

在山西某大型煤矿的井下排水管道防腐工程中，应用了研制的煤矿井下管道智能防腐涂装装备。该煤矿井下排水管道总长度达 10 公里，管径为 DN300 - DN600，由于长期受井下潮湿环境和腐蚀性气体侵蚀，管道腐蚀严重，部分区域出现泄漏现象 。

施工前，技术人员通过三维激光扫描技术对井下排水管道进行建模，获取管道的空间位置、管径变化等详细信息，并将数据导入智能防腐涂装装备的控制系统，制定个性化施工方案。施工过程中，智能装备在地面控制中心的远程操控下，凭借多轮驱动和悬挂减震的自适应行走机构，在不同管径和坡度的管道上稳定移动。当遇到管道接口、阀门等复杂部位时，装备的视觉识别系统自动识别结构特征，智能控制系统迅速调整喷涂机构的角度和喷涂参数，确保这些部位也能得到均匀涂装 。在高粉尘区域作业时，装备启动自带的防尘保护装置，同时调整涂料供给系统的压力，保证喷涂过程不受粉尘干扰。

整个防腐涂装工程包含管道表面喷砂除锈、底漆喷涂、中间漆喷涂、面漆喷涂四道工序。智能防腐涂装装备按照预设程序，依次完成各道工序，且每完成一段管道涂装，便自动生成包含涂层厚度、均匀度等数据的质量检测报告。在 20 天的施工周期内，装备累计完成 10 公里管道的防腐涂装作业，相比传统人工方式，施工效率提升 3 倍以上，且未发生一起安全事故。

（二）应用效果分析

防腐性能提升：经过智能防腐涂装装备处理后的管道，防腐涂层厚度均匀，平均厚度达到设计要求的 120μm ，且附着力强，通过了盐雾试验和湿热试验等多项性能测试 。经检测，管道的腐蚀速率显著降低，预计使用寿命可从原来的 3 - 5 年延长至 8 - 10 年。

经济效益显著：虽然智能防腐涂装装备的前期购置成本较高，但从长期来看，由于其施工效率高、防腐效果好，可大幅减少管道的维护和更换成本。据估算，该煤矿每年因管道维护和更换节省的费用约为 200 万元 。

安全风险降低：智能防腐涂装装备的应用减少了人工在井下高空和危险区域作业的频次，降低了工人的劳动强度和安全风险。同时，高质量的防腐涂层有效防止了管道泄漏和断裂事故的发生，保障了煤矿的安全生产。

五、结论

煤矿井下管道智能防腐涂装装备的研制与工程应用，为解决煤矿井下管道腐蚀问题提供了有效的技术手段。通过对煤矿井下腐蚀环境的分析，针对性地研发了具有自适应行走、精准喷涂和智能控制等功能的防腐涂装装备，并在实际工程中取得了显著的应用效果，提升了管道防腐性能，降低了安全风险，带来了良好的经济效益和社会效益。未来，随着人工智能、物联网等技术的不断发展，煤矿井下管道智能防腐涂装装备将朝着更加智能化、高效化和多功能化的方向发展，为煤矿安全生产提供更坚实的保障。同时，应进一步加强装备的推广应用，完善相关技术标准和规范，推动煤矿井下管道防腐技术的整体进步。

参考文献

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