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    近年來，我國綜合機(jī)械化放項(xiàng)煤開采技術(shù)越來越成熟，并發(fā)展到特厚煤層大采高開采中。使其開采具有高產(chǎn)高效、巷道布置簡(jiǎn)單、掘進(jìn)率低、工作面搬家次數(shù)少、對(duì)復(fù)雜地質(zhì)條件適應(yīng)性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)彰顯出來。因此，我國綜放工作面三機(jī)設(shè)備也在跨越式發(fā)展，其技術(shù)和能力也跨入世界采礦界前列。
一、綜放裝備研發(fā)新成果
    綜放工作面三機(jī)設(shè)備的技術(shù)性能不斷提高，同煤集團(tuán)與煤炭科學(xué)研究院及廠校合作，為同煤集團(tuán)塔山礦特厚煤層綜放開采，研發(fā)了國內(nèi)外首個(gè)特厚煤層(<20m)大采高(3.5～5m)綜放工作面三機(jī)設(shè)備，其技術(shù)性能、參數(shù)為目前領(lǐng)先水平。
    1.1三機(jī)設(shè)備主要技術(shù)參數(shù)
    該套設(shè)備于2007年10月19日通過可行性論證，2008年11月16～17日進(jìn)行了實(shí)施方案審查，2010年4月8日完成了工作面三機(jī)設(shè)備地面配套及運(yùn)轉(zhuǎn)（見圖片3），自9月5日割煤試產(chǎn)后，至9月23日工作面平均推進(jìn)76m，日平均推進(jìn)4.2 m，工作面采高平均3.89m（進(jìn)入正常開采期平均采高在4.5m以上）。工作面產(chǎn)量累計(jì)生產(chǎn)28.1萬噸，日平均1.56萬噸。主要技術(shù)參數(shù)見表l。
    1.2工作面技術(shù)參數(shù)
    該套設(shè)備使用于同煤集團(tuán)塔山礦一盤區(qū)3 --5號(hào)煤層8105I作面，工作面技術(shù)參數(shù)是走向長(zhǎng)2965. 9m，傾斜長(zhǎng)207.0m，煤厚12. 18—18. 17  (14. 81)m，容重1.45t/m3，可采儲(chǔ)量10895161. 9t，皮帶巷：5500×3600mm（凈寬×凈高）回風(fēng)巷：5500×3600mm（凈寬×凈高）；地質(zhì)情況是：3～5號(hào)煤層屬復(fù)雜結(jié)構(gòu)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(zhì)泥巖和砂質(zhì)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(zhì)泥巖；工作面傾角≤100，工作面走向傾角≤±60。
    81 05工作面綜放設(shè)備
    8105為右布置綜放工作面，生產(chǎn)能力1000萬噸／年。生產(chǎn)考核指標(biāo)工作面連續(xù)三個(gè)月內(nèi)，平均月產(chǎn)達(dá)到90萬t以上、特厚煤層一次采全高工作面回采率達(dá)到85%以上、工作面單機(jī)可利用率達(dá)到90%以上。其它設(shè)備詳見表2。
    81 05工作面綜放設(shè)備配套特點(diǎn)
    轉(zhuǎn)載機(jī)設(shè)在煤壁側(cè)，刮扳輸送機(jī)中部槽長(zhǎng)為1750mm，  配套鍛造銷軌節(jié)距為147mm，工作面前后運(yùn)輸機(jī)的中部槽中心距為6400—8000mm。工作面前后運(yùn)輸機(jī)的機(jī)頭、機(jī)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(nèi)布置端頭支架一組，過渡架在刮板輸送機(jī)機(jī)頭側(cè)布置3架、刮板輸送機(jī)機(jī)尾側(cè)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(shè)備整齊，便于管理、有利通風(fēng)，也符合采放工藝。
    在保證工作面兩頭割通的情況下，采煤機(jī)在刮板機(jī)機(jī)頭側(cè)的臥底量為400mm、采煤機(jī)在刮板機(jī)機(jī)尾側(cè)為367mm，在工作面中部的臥底量為540mm。
    前部刮板輸送機(jī)中部、機(jī)頭、機(jī)尾的聯(lián)接裝置為單耳，厚120mm，支架為雙耳。后部刮板輸送機(jī)中部、機(jī)頭、機(jī)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(qiáng)的要求。
    采煤機(jī)用水量320L/min。前后部刮板輸送機(jī)冷卻水及偶合器的總用水量最大為1120L/min。總計(jì)>1440L/min。
二、綜放裝備研發(fā)成果
    2.1采煤機(jī)
    國內(nèi)大功率采煤機(jī)技術(shù)參數(shù)處于國際同期領(lǐng)先水平。但整機(jī)性能和可靠性與國際先進(jìn)采煤機(jī)產(chǎn)品有較大差距，為此，在塔山8105綜放工作面配置采煤機(jī)時(shí)，重點(diǎn)對(duì)提高電牽引采煤機(jī)整機(jī)可靠性的技術(shù)研究和關(guān)鍵元部件的研制。其研發(fā)新進(jìn)展是：
    2.1-1整機(jī)可靠性評(píng)價(jià)方法的研究
    建立采煤機(jī)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(jī)載和人工收集方式采集數(shù)據(jù)，形成采煤機(jī)故障樹的分析模式，輸出預(yù)警信息或執(zhí)行保護(hù)。
    2.1.2提高機(jī)械傳動(dòng)性能和疲勞強(qiáng)度的技術(shù)研究
    重點(diǎn)進(jìn)行載荷繁重部件如搖臂傳動(dòng)系統(tǒng)、行走機(jī)構(gòu)齒輪嚙合的數(shù)值仿真分析和放樣試驗(yàn)檢測(cè)，找出問題，采取措施，提高機(jī)械傳動(dòng)性能；與此同時(shí)對(duì)每個(gè)傳動(dòng)零部件進(jìn)行了新型耐磨層材料的應(yīng)用，減緩磨損失效。
    2.1.3采煤機(jī)電氣控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化和工況檢測(cè)系統(tǒng)研究
    優(yōu)化電氣連接方式與安裝結(jié)構(gòu)，提高抗振和抗干擾性能；優(yōu)化參數(shù)和控制模塊化、增加TCP/IP軟件模塊，提高現(xiàn)場(chǎng)以及遠(yuǎn)程在線配置及維護(hù)能力。簡(jiǎn)化系統(tǒng)主體結(jié)構(gòu)，模塊功能相對(duì)獨(dú)立，減少接線迂回；注重傳感器選型、優(yōu)化傳感器安裝結(jié)構(gòu)，提高其可靠性。
    2.1.4關(guān)鍵零部件的研制
    通過先進(jìn)的搖臂熱分析方法，找出搖臂內(nèi)部的溫度場(chǎng)分布，進(jìn)行結(jié)構(gòu)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(duì)浮動(dòng)密封運(yùn)行和安裝可靠性不穩(wěn)定問題，在密封、軸系竄動(dòng)與偏轉(zhuǎn)、橡膠圈材質(zhì)與彈性模量、密封環(huán)材質(zhì)及工藝等方面，采取相應(yīng)的措施，收到較好效果。
    對(duì)失效的截齒材料進(jìn)行SEM表面觀察和力學(xué)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(shí)，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(jī)
    特厚煤層綜放工作面輸煤系統(tǒng)中，后部刮板輸送機(jī)是至關(guān)重要的設(shè)備，塔山8105綜放工作面配置后部刮板輸送機(jī)時(shí)，對(duì)后部刮板輸送機(jī)重載高強(qiáng)度鏈傳動(dòng)系統(tǒng)、可控調(diào)速軟啟動(dòng)裝置、傳動(dòng)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(zhǎng)壽命輸煤槽、電液自動(dòng)控制伸縮機(jī)尾等方面的研發(fā)新進(jìn)展是：
    通過重點(diǎn)對(duì)48×152mm緊湊型高強(qiáng)度圓環(huán)鏈的結(jié)構(gòu)、鏈材料、立環(huán)鍛造、編鏈焊接工藝和鏈輪的結(jié)構(gòu)、嚙合齒形、鏈輪齒表面火焰熱處理工藝研究和實(shí)施，使鏈傳動(dòng)嚙合傳動(dòng)副嚙合特性及鏈張力適應(yīng)性大幅度提高；
    應(yīng)用了新開發(fā)程序控制器、傳感元件（如適合偶合器動(dòng)態(tài)特性要求的速度、溫度、壓力傳感器>達(dá)到了閥控偶合器的高效控制，并通過仿真技術(shù)、有限元和偶合器流場(chǎng)驗(yàn)證，可控調(diào)速軟起動(dòng)裝置的功能和性能有了很大提高，實(shí)現(xiàn)了大型可控調(diào)速軟啟動(dòng)及裝置的國產(chǎn)化：
    增設(shè)了傳動(dòng)裝置綜合監(jiān)控及傳輸系統(tǒng)，對(duì)后部刮板輸送機(jī)的運(yùn)行工況進(jìn)行監(jiān)測(cè)和狀態(tài)分析，如監(jiān)測(cè)油溫、油位、油質(zhì)污染等，并能基于RS485通訊協(xié)議，達(dá)到輸送機(jī)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的傳輸、集中處理、顯示及遠(yuǎn)程監(jiān)控。
    在高強(qiáng)度齒輪材料工藝、行星架結(jié)構(gòu)可靠性、密封方式、潤滑及冷卻等關(guān)鍵處應(yīng)用先進(jìn)設(shè)計(jì)理念和制造工藝技術(shù)及措施，如采用彈性流體動(dòng)力潤滑理論進(jìn)行齒輪潤滑參數(shù)設(shè)計(jì)、傳動(dòng)系統(tǒng)熱分析，建立齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)熱穩(wěn)態(tài)設(shè)計(jì)方法，改進(jìn)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(jī)彎曲段工況研究分析，進(jìn)行了輸煤槽結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，選用鑄造槽幫和高強(qiáng)度耐磨中板材料，厚度達(dá)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(zhǎng)壽命輸煤槽，過煤量達(dá)到20Mt。
    對(duì)驅(qū)動(dòng)及鏈傳動(dòng)系統(tǒng)、鏈條動(dòng)張力進(jìn)行了研究，開發(fā)了電液控制自動(dòng)伸縮的機(jī)尾，實(shí)施了張緊力檢測(cè)和自動(dòng)調(diào)整。
    最終形成了中部槽內(nèi)寬1200mm，中部槽鑄造槽幫、整體鑄焊，鏈條48×152高強(qiáng)緊湊鏈，裝機(jī)功率2×1000kW，輸送長(zhǎng)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(jī)。
    2.3 ZF15000/28/52四柱支撐掩護(hù)式低位放頂煤支架
    綜放工作面三機(jī)設(shè)備中的放頂煤液壓支架的設(shè)計(jì)針對(duì)性強(qiáng)，在塔山8105綜放工作面配置綜放支架時(shí)，重點(diǎn)對(duì)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(hù)系統(tǒng)穩(wěn)定性措施、高效高回收率放煤結(jié)構(gòu)、關(guān)鍵元部件及支架減重措施、關(guān)鍵制造工藝等進(jìn)行了開發(fā)。其研發(fā)新進(jìn)展是；
    2.3.1綜放支架設(shè)計(jì)理念
    首先針對(duì)塔山同盤區(qū)已經(jīng)開采完了的8102工作面全部礦壓觀測(cè)數(shù)據(jù)和圖表進(jìn)行了全面、系統(tǒng)的分析；梳理了國內(nèi)外最新近放頂煤開采方式的礦壓理論學(xué)說：結(jié)合塔山礦開采條件和實(shí)際情況提出了新的理論指導(dǎo)理念、方法和措施。其次將這種理念、方法、措施以數(shù)據(jù)的形式，進(jìn)行數(shù)值模擬驗(yàn)算、修正和完善，最終提出了技術(shù)要求、技術(shù)參數(shù)，操作程序和開采工藝與措施。如在控頂距離內(nèi)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(guān)參數(shù)，以及頂煤冒落后形成的狀態(tài)，其要求液壓支架尾梁結(jié)構(gòu)形式和參數(shù)等。通過技術(shù)要求、技術(shù)參數(shù)指導(dǎo)了研制超強(qiáng)力高效放頂煤支架，利用已經(jīng)掌握的巖層移動(dòng)規(guī)律合理處理支架一圍巖關(guān)系，達(dá)到特厚煤層綜放工作面的采場(chǎng)的安全、生產(chǎn)的高效。
    2.3.2高強(qiáng)力液壓支架的研發(fā)
    進(jìn)行了支架的整體結(jié)構(gòu)三維動(dòng)態(tài)分析、參數(shù)優(yōu)化和整架受力分析；對(duì)關(guān)鍵專有元部件進(jìn)行了重點(diǎn)攻關(guān)，包括針對(duì)頂煤放出量要求大的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了新型放煤機(jī)構(gòu)，采用了V型槽結(jié)構(gòu)，使放煤運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)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(yīng)特厚煤層超強(qiáng)力高效放頂煤液壓支架。
    2.3.3主要技術(shù)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(shù)措施是，采用快速反應(yīng)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(qiáng)度設(shè)計(jì)，加大立柱下腔過液孔徑及相應(yīng)的液壓元件口徑，使支架液壓元部件適應(yīng)強(qiáng)烈沖擊載荷的要求，進(jìn)一步提高立柱的抗沖擊性能；在結(jié)構(gòu)件的結(jié)構(gòu)布置、焊縫均勻布置中避免應(yīng)力集中、應(yīng)力波動(dòng)的干涉現(xiàn)象發(fā)生，在關(guān)鍵部位應(yīng)用高強(qiáng)度鋼板及其相應(yīng)的制造工藝，以提高結(jié)構(gòu)件的抗沖擊強(qiáng)度，增加支架的抗沖擊性能。
    通過支架結(jié)構(gòu)的變化增強(qiáng)或提高穩(wěn)定性和適應(yīng)性，如支架采用頂梁帶回轉(zhuǎn)前梁、伸縮梁和二級(jí)護(hù)幫板結(jié)構(gòu)，頂梁采用單側(cè)活動(dòng)側(cè)護(hù)板掩護(hù)梁采用箱型結(jié)構(gòu)，單側(cè)活動(dòng)側(cè)護(hù)板，前、后連桿采用雙連桿，尾梁一插板機(jī)構(gòu)采用小尾梁一插板機(jī)構(gòu)，尾梁一插板運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)選用V型槽結(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)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(dá)到提升可靠性，如結(jié)構(gòu)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(xiàng)活塞桿40Cr。形成的ZF15000/28/52雙伸縮四柱支撐掩護(hù)式低位放頂煤支架效果見圖片2。
三、發(fā)展趨勢(shì)
    大采高綜放技術(shù)是人型礦井實(shí)現(xiàn)商效、安全生產(chǎn)的重要途徑。因此，大采高綜放工作面參數(shù)優(yōu)化、設(shè)備配套、頂煤頂板運(yùn)移規(guī)律、圍巖控制、采場(chǎng)覆巖破裂動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)定位系統(tǒng)、煤壁片幫機(jī)理及提高資源回收率技術(shù)的研究，是大采高綜放技術(shù)研究趨勢(shì)；
    總功率達(dá)到2000kW以上，裝備以微型電子計(jì)算機(jī)為核心的電控系統(tǒng)，采用先進(jìn)的信息處理技術(shù)和傳感技術(shù)，高可靠性和高耐久性是采煤機(jī)最新發(fā)展趨勢(shì)：
    工作面刮板輸送機(jī)向大運(yùn)量、軟起動(dòng)、高強(qiáng)度、重型化、高可靠性方向發(fā)展。如刮板輸送機(jī)能力達(dá)到6000t/h．裝機(jī)功率4×800kW，關(guān)鍵元件中部槽的連接強(qiáng)度達(dá)到4500kn．刮扳鏈直徑達(dá)到2×∮52mm等：
    液壓支架是綜采工作面t要設(shè)備之一，近十年來主要的發(fā)展趨勢(shì)是，支架高度進(jìn)一步加大，支撐高度超過7.0m以上，支架工作阻力進(jìn)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(jié)構(gòu)件材料越來越多地采用高強(qiáng)度鋼材，工作面液壓支架設(shè)計(jì)使用壽命要求大于60000個(gè)循環(huán)，立柱的直徑也增加到400 mm以上：
    運(yùn)距達(dá)到5000m，總功率3360kW，生產(chǎn)能力3500t/h，帶寬1600mm并具有可控軟起動(dòng)，恒張力輸送帶白控張緊、快速自移機(jī)尾及智能控制與監(jiān)測(cè)功能的是順槽帶式輸送機(jī)發(fā)展趨勢(shì)；
    商電壓大容量供電足綜采供電發(fā)展趨勢(shì)，它可以很好改善采區(qū)電網(wǎng)和工作面大功率電氣設(shè)備的運(yùn)行工況，如國外廣泛采用2130～5000V供電技術(shù)。
    總結(jié)以往的發(fā)展經(jīng)驗(yàn)，實(shí)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(shè)備的生產(chǎn)能力和提高開機(jī)率來實(shí)現(xiàn)單·煤層的高效、安全開采。另一條技術(shù)途徑是針對(duì)儲(chǔ)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(chǎn)最高、消耗低、效益高，適合我國國情的技術(shù)途徑。在這個(gè)領(lǐng)域我們已經(jīng)取得了世界領(lǐng)先的地位。