晋华宫矿402盘区综采工作面综合了坚硬顶板、坚硬煤层、大采高厚煤层三方面开采特征,并上覆9#采空区,地质条件特殊,工作面采掘环境恶劣,矿压强度大,过断层难度高。开采过程中有多起压架事故发生。滑靴磨损严重且采煤机可靠性差,即使频繁更换截齿,仍无法顺利通过断层。针对以上诸多开采难题,以402盘区8210工作面为典型,开展“两硬”大采高条件下过断层关键技术系统研究,以期实现402盘区乃至整体晋华宫矿区的安全高效开采。为此本文主要进行了以下几方面的研究:本文测试8210工作面顶板多层岩体及煤体力学性能。结合覆岩及煤层分布特征,借助RFPA数值模拟软件建立“两硬”大采高工作面二维数值模拟模型,针对覆岩运移规律及岩顶垮塌断裂过程开展系统研究。通过FLAC3D数值模拟分析软件建立“两硬”厚煤层三维仿真模型,研究覆岩破坏范围,不同采高采场支承压力分布变化规律及矿山压力显现规律,为液压支架的设计提供数据支持。本文研究了冲击载荷对支架稳定性的影响,通过液压控制系统、立柱、支架结构、四连杆这四方面的设计提高了支架的抗冲击性能。通过仿真模拟方式对液压支架的最优运行参数进行探讨,并分析各部件受力大小。改变采煤机传统三段机身结构,采用无底托架、框架式组合结构,将主承力部改为传动箱体。采用平面对接方式,利用高强度螺栓联接机身与摇臂。针对坚硬煤层采煤机过断层困难的情况,提出了一种分体式可装卸的镐形截齿。齿头使用耐磨性好、强度高的硬质合金材料(YG11C),齿身使用普通的合金钢材料(42Cr Mo),通过矩形齿的相互咬合连接齿头与齿身。建立新型截齿的三维模型,计算最优齿头长度及齿头与齿身间的间隙参数。建立新型镐型截齿工作时力学模型,研究其力学行为。同时对新型镐型截齿进行摩擦行为学研究,并与普通截齿的摩擦性能对比。结果表明新型截齿齿头能在较长时间保持截齿的设计形状,具有较长的寿命。本文提出一种新型的Fe-Cr-B合金作为滑靴材料,并利用往复式销-盘摩擦磨损试验机在干摩擦条件下模拟不同滑动速度和法向载荷下滑靴的工作条件,以此来研究合金与45#钢销轴对磨时的摩擦学性能,并将结果与相同实验条件下40Cr和20Cr Ni3A钢的实验结果对比。结果表明,干摩擦过程中,与45#钢对磨时Fe-Cr-B合金能够保持优异的摩擦学性能,可显著提升滑靴使用寿命。本文以18Cr2Ni4W为基底,利用双层辉光离子渗金属技术,在合金表面渗入合金元素Cu与Ce,形成合金层。采用环-块摩擦磨损试验机测试其摩擦学性能,探讨18Cr2Ni4W合金钢经渗铜和铈处理后的摩擦磨损性能及磨损机理,为延长滑靴使用寿命、提高采煤效率提供技术支持。以8210工作面为典型,开展针对性工业试验。试验工作面平均采高5.0m以上;验证新型液压支架、采煤机工作性能及对环境适应性。试验结果表明该液压支架适应坚硬厚煤层5.0m一次采全高的综采开采工艺和工作面支护要求;而采煤机无论是在截割煤体或夹杂在煤体中的矸石时,整机运行都能保持平稳,振动量不大;而且关键部件滑靴、截齿的磨损量或损坏也较少。