一、綜放裝備研發(fā)新成果
綜放工作面三機設備的技術性能不斷提高，同煤集團與煤炭科學研究院及廠校合作，為同煤集團塔山礦特厚煤層綜放開采，研發(fā)了國內外首個特厚煤層(<20m)大采高(3.5～5m)綜放工作面三機設備，其技術性能、參數為目前領先水平。
1.1三機設備主要技術參數
該套設備于2007年10月19日通過可行性論證，2008年11月16～17日進行了實施方案審查，2010年4月8日完成了工作面三機設備地面配套及運轉（見圖片3），自9月5日割煤試產后，至9月23日工作面平均推進76m，日平均推進4.2 m，工作面采高平均3.89m（進入正常開采期平均采高在4.5m以上）。工作面產量累計生產28.1萬噸，日平均1.56萬噸。主要技術參數見表l。
1.2工作面技術參數
該套設備使用于同煤集團塔山礦一盤區(qū)3 --5號煤層8105I作面，工作面技術參數是走向長2965. 9m，傾斜長207.0m，煤厚12. 18—18. 17 (14. 81)m，容重1.45t/m3，可采儲量10895161. 9t，皮帶巷：5500×3600mm（凈寬×凈高）回風巷：5500×3600mm（凈寬×凈高）；地質情況是：3～5號煤層屬復雜結構煤層，含4—14層夾矸，夾矸巖性主要為褐灰色高嶺巖、黑灰色炭質泥巖和砂質泥巖。夾矸單層厚度0. 05~0. 83 m，夾矸總厚度0.56～3. 89 m，平均1.75 m；老頂平均厚22. 93Ⅲ，深灰色粉砂巖，直接頂平均厚4.49 m．黃白、灰白、灰綠色巖漿巖，直接底平均厚4.87 m，灰褐色、淺灰色高嶺質泥巖；工作面傾角≤100，工作面走向傾角≤±60。
81 05工作面綜放設備
8105為右布置綜放工作面，生產能力1000萬噸／年。生產考核指標工作面連續(xù)三個月內，平均月產達到90萬t以上、特厚煤層一次采全高工作面回采率達到85%以上、工作面單機可利用率達到90%以上。其它設備詳見表2。
81 05工作面綜放設備配套特點
轉載機設在煤壁側，刮扳輸送機中部槽長為1750mm， 配套鍛造銷軌節(jié)距為147mm，工作面前后運輸機的中部槽中心距為6400—8000mm。工作面前后運輸機的機頭、機尾槽中心距為7300—8100mm。即兩端寬中間窄，符合礦壓規(guī)律，有利于頂板控制。
工作面共布置122架支架，在皮帶巷內布置端頭支架一組，過渡架在刮板輸送機機頭側布置3架、刮板輸送機機尾側布置4架，工作面中部布置114架支間架。即減小兩端控距離，保持工作面設備整齊，便于管理、有利通風，也符合采放工藝。
在保證工作面兩頭割通的情況下，采煤機在刮板機機頭側的臥底量為400mm、采煤機在刮板機機尾側為367mm，在工作面中部的臥底量為540mm。
前部刮板輸送機中部、機頭、機尾的聯(lián)接裝置為單耳，厚120mm，支架為雙耳。后部刮板輸送機中部、機頭、機尾拉移采用30×108mm鏈條連接。既滿足聯(lián)接性能需求，又能保障可靠性強的要求。
采煤機用水量320L/min。前后部刮板輸送機冷卻水及偶合器的總用水量最大為1120L/min�？傆�>1440L/min。
二、綜放裝備研發(fā)成果
2.1采煤機
國內大功率采煤機技術參數處于國際同期領先水平。但整機性能和可靠性與國際先進采煤機產品有較大差距，為此，在塔山8105綜放工作面配置采煤機時，重點對提高電牽引采煤機整機可靠性的技術研究和關鍵元部件的研制。其研發(fā)新進展是：
2.1-1整機可靠性評價方法的研究
建立采煤機初始故障模式庫和故障模式影響及危害性分析體系，通過機載和人工收集方式采集數據，形成采煤機故障樹的分析模式，輸出預警信息或執(zhí)行保護。
2.1.2提高機械傳動性能和疲勞強度的技術研究
重點進行載荷繁重部件如搖臂傳動系統(tǒng)、行走機構齒輪嚙合的數值仿真分析和放樣試驗檢測，找出問題，采取措施，提高機械傳動性能；與此同時對每個傳動零部件進行了新型耐磨層材料的應用，減緩磨損失效。
2.1.3采煤機電氣控制系統(tǒng)結構優(yōu)化和工況檢測系統(tǒng)研究
優(yōu)化電氣連接方式與安裝結構，提高抗振和抗干擾性能；優(yōu)化參數和控制模塊化、增加TCP/IP軟件模塊，提高現(xiàn)場以及遠程在線配置及維護能力。簡化系統(tǒng)主體結構，模塊功能相對獨立，減少接線迂回；注重傳感器選型、優(yōu)化傳感器安裝結構，提高其可靠性。
2.1.4關鍵零部件的研制
通過先進的搖臂熱分析方法，找出搖臂內部的溫度場分布，進行結構和散熱系統(tǒng)的優(yōu)化，降低熱損耗引發(fā)大功率搖臂影響可靠性的因素。
對浮動密封運行和安裝可靠性不穩(wěn)定問題，在密封、軸系竄動與偏轉、橡膠圈材質與彈性模量、密封環(huán)材質及工藝等方面，采取相應的措施，收到較好效果。
對失效的截齒材料進行SEM表面觀察和力學性能表征，分析出了截齒材料失效和破壞形式，通過選用新型中碳合金鋼材料，采用表面滲碳處理工藝，在保持材料心部韌性的同時，提高其表面硬度和耐磨性。
2.2綜放工作面后部刮板輸送機
特厚煤層綜放工作面輸煤系統(tǒng)中，后部刮板輸送機是至關重要的設備，塔山8105綜放工作面配置后部刮板輸送機時，對后部刮板輸送機重載高強度鏈傳動系統(tǒng)、可控調速軟啟動裝置、傳動裝置綜合監(jiān)控傳輸系統(tǒng)、1000kW重載行星減速器、高可靠性長壽命輸煤槽、電液自動控制伸縮機尾等方面的研發(fā)新進展是：
通過重點對48×152mm緊湊型高強度圓環(huán)鏈的結構、鏈材料、立環(huán)鍛造、編鏈焊接工藝和鏈輪的結構、嚙合齒形、鏈輪齒表面火焰熱處理工藝研究和實施，使鏈傳動嚙合傳動副嚙合特性及鏈張力適應性大幅度提高；
應用了新開發(fā)程序控制器、傳感元件（如適合偶合器動態(tài)特性要求的速度、溫度、壓力傳感器>達到了閥控偶合器的高效控制，并通過仿真技術、有限元和偶合器流場驗證，可控調速軟起動裝置的功能和性能有了很大提高，實現(xiàn)了大型可控調速軟啟動及裝置的國產化：
增設了傳動裝置綜合監(jiān)控及傳輸系統(tǒng)，對后部刮板輸送機的運行工況進行監(jiān)測和狀態(tài)分析，如監(jiān)測油溫、油位、油質污染等，并能基于RS485通訊協(xié)議，達到輸送機監(jiān)測數據的傳輸、集中處理、顯示及遠程監(jiān)控。
在高強度齒輪材料工藝、行星架結構可靠性、密封方式、潤滑及冷卻等關鍵處應用先進設計理念和制造工藝技術及措施，如采用彈性流體動力潤滑理論進行齒輪潤滑參數設計、傳動系統(tǒng)熱分析，建立齒輪傳動系統(tǒng)熱穩(wěn)態(tài)設計方法，改進減速器冷卻方式和布置。制作了高可靠性的1000kW重載行星減速器。
通過輸送機彎曲段工況研究分析，進行了輸煤槽結構優(yōu)化設計，選用鑄造槽幫和高強度耐磨中板材料，厚度達到50mm，采取了中部槽新研制焊接工藝及措施，開發(fā)高可靠性、長壽命輸煤槽，過煤量達到20Mt。
對驅動及鏈傳動系統(tǒng)、鏈條動張力進行了研究，開發(fā)了電液控制自動伸縮的機尾，實施了張緊力檢測和自動調整。
最終形成了中部槽內寬1200mm，中部槽鑄造槽幫、整體鑄焊，鏈條48×152高強緊湊鏈，裝機功率2×1000kW，輸送長度250m的輸送能力3000 t/h，過煤量≥20 Mt萬噸，大修周期≥12 Mt萬噸，綜放后刮板輸送機。
2.3 ZF15000/28/52四柱支撐掩護式低位放頂煤支架
綜放工作面三機設備中的放頂煤液壓支架的設計針對性強，在塔山8105綜放工作面配置綜放支架時，重點對適合15～20m厚煤層綜放開采的大采高綜放液壓支架整體架型、防片幫及支護系統(tǒng)穩(wěn)定性措施、高效高回收率放煤結構、關鍵元部件及支架減重措施、關鍵制造工藝等進行了開發(fā)。其研發(fā)新進展是；
2.3.1綜放支架設計理念
首先針對塔山同盤區(qū)已經開采完了的8102工作面全部礦壓觀測數據和圖表進行了全面、系統(tǒng)的分析；梳理了國內外最新近放頂煤開采方式的礦壓理論學說：結合塔山礦開采條件和實際情況提出了新的理論指導理念、方法和措施。其次將這種理念、方法、措施以數據的形式，進行數值模擬驗算、修正和完善，最終提出了技術要求、技術參數，操作程序和開采工藝與措施。如在控頂距離內有效支撐位置及支架的合力作用位置，合適的工作阻力值及其它相關參數，以及頂煤冒落后形成的狀態(tài)，其要求液壓支架尾梁結構形式和參數等。通過技術要求、技術參數指導了研制超強力高效放頂煤支架，利用已經掌握的巖層移動規(guī)律合理處理支架一圍巖關系，達到特厚煤層綜放工作面的采場的安全、生產的高效。
2.3.2高強力液壓支架的研發(fā)
進行了支架的整體結構三維動態(tài)分析、參數優(yōu)化和整架受力分析；對關鍵專有元部件進行了重點攻關，包括針對頂煤放出量要求大的特點，設計了新型放煤機構，采用了V型槽結構，使放煤運動機構靈活，提高了放煤效率；研制出工作阻力最大(15000kN)，高度最高(5200mm)的適應特厚煤層超強力高效放頂煤液壓支架。
2.3.3主要技術措施
特厚煤層ZF15000/28/52型高效綜放液壓支架在提高支架抗沖擊性能的主要技術措施是，采用快速反應安全閥和1000L/min的大流量安全閥并聯(lián)雙回路；加大+360mm立柱強度設計，加大立柱下腔過液孔徑及相應的液壓元件口徑，使支架液壓元部件適應強烈沖擊載荷的要求，進一步提高立柱的抗沖擊性能；在結構件的結構布置、焊縫均勻布置中避免應力集中、應力波動的干涉現(xiàn)象發(fā)生，在關鍵部位應用高強度鋼板及其相應的制造工藝，以提高結構件的抗沖擊強度，增加支架的抗沖擊性能。
通過支架結構的變化增強或提高穩(wěn)定性和適應性，如支架采用頂梁帶回轉前梁、伸縮梁和二級護幫板結構，頂梁采用單側活動側護板掩護梁采用箱型結構，單側活動側護板，前、后連桿采用雙連桿，尾梁一插板機構采用小尾梁一插板機構，尾梁一插板運動結構選用V型槽結構，支架底座為整體式剛性底座，底座前部用厚鋼板過橋聯(lián)接，后部用箱形結構聯(lián)接，底座中后部底板敞開等。再通過選材和加工工藝要求達到提升可靠性，如結構件用材Q690占70%，Q550占20%，Q460占10%，銷軸用材35CrMnSiA、30CrMnTi和40Cr，油缸用材27SiMn、活柱27SiNln、千斤項活塞桿40Cr。形成的ZF15000/28/52雙伸縮四柱支撐掩護式低位放頂煤支架效果見圖片2。
三、發(fā)展趨勢
大采高綜放技術是人型礦井實現(xiàn)商效、安全生產的重要途徑。因此，大采高綜放工作面參數優(yōu)化、設備配套、頂煤頂板運移規(guī)律、圍巖控制、采場覆巖破裂動態(tài)監(jiān)測定位系統(tǒng)、煤壁片幫機理及提高資源回收率技術的研究，是大采高綜放技術研究趨勢；
總功率達到2000kW以上，裝備以微型電子計算機為核心的電控系統(tǒng)，采用先進的信息處理技術和傳感技術，高可靠性和高耐久性是采煤機最新發(fā)展趨勢：
工作面刮板輸送機向大運量、軟起動、高強度、重型化、高可靠性方向發(fā)展。如刮板輸送機能力達到6000t/h．裝機功率4×800kW，關鍵元件中部槽的連接強度達到4500kn．刮扳鏈直徑達到2×∮52mm等：
液壓支架是綜采工作面t要設備之一，近十年來主要的發(fā)展趨勢是，支架高度進一步加大，支撐高度超過7.0m以上，支架工作阻力進一步提高，目前工作阻力已提高到15000kN以上，支架的中心距向2.0m方向發(fā)展，結構件材料越來越多地采用高強度鋼材，工作面液壓支架設計使用壽命要求大于60000個循環(huán)，立柱的直徑也增加到400 mm以上：
運距達到5000m，總功率3360kW，生產能力3500t/h，帶寬1600mm并具有可控軟起動，恒張力輸送帶白控張緊、快速自移機尾及智能控制與監(jiān)測功能的是順槽帶式輸送機發(fā)展趨勢；
商電壓大容量供電足綜采供電發(fā)展趨勢，它可以很好改善采區(qū)電網和工作面大功率電氣設備的運行工況，如國外廣泛采用2130～5000V供電技術。
總結以往的發(fā)展經驗，實現(xiàn)采煤工作而高效、安全開采可有兩條途徑，采取兩種開采工藝：一條是通過加大采煤設備的生產能力和提高開機率來實現(xiàn)單·煤層的高效、安全開采。另一條技術途徑是針對儲量大的特厚煤層采用綜采放頂煤采煤工藝。這是一條投資少、產最高、消耗低、效益高，適合我國國情的技術途徑。在這個領域我們已經取得了世界領先的地位。
