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2020 年第 8 期2020 年 8 月 寺河矿是国家“九五”期间重点建设项目，矿井 位于沁水煤田东南边缘里，分为东、西两井，为“一 矿两井”的建井模式，并有铁路专用线直接相连。主 采的 3煤层平均厚度 6.31 m，可采储量 2.1伊108t。煤 种为低硫、低-中灰、高发热量、高机械强度的无烟 煤，为优质化工原料和动力用煤。 寺河矿西二盘区位于寺河矿西井区中部，整体为 一大的向斜构造，整个盘区构造较为集中，中间分布 有逆断层、正断层、陷落柱、薄煤区、软煤区等对生 产影响较大的构造，特别是在软煤区顶板极易垮落， 出现漏冒型冒顶，给工作面推进造成了极大的困难。因 此，对寺河矿西井区 W2302 （ 中段 ） 工作面通过软煤区 的工艺进行了积极的研究探索，取得了明显的效果。 1W2302 （ 中段 ） 工作面基本概况 1.1工作面基本地质情况 西二盘区 W2302 （ 中段） 工作面开采 3煤层，一 次采全高，煤层底板标高 246耀274 m，地面标高 629.5耀768.4 m，工作面倾斜长度 295.3 m （ 净） ，走 向长度 904.23 m （ 净 ） ，煤层平均厚度 6.3 m。 该工作面处于霍家山向斜的西翼，摩掌向斜的东 翼，霍家山向斜轴线呈北北东向拉伸，总体向北倾伏， 轴面倾向东，核部出露上石盒子组，两翼岩层倾角 4毅耀 12毅，对称、宽缓。在摩掌向斜和霍家山向斜中间自西 向东依次发育马山背斜。马山背斜纵贯工作面中部，位 于摩掌向斜东侧，与之近平行，轴面近直立，核部出露 上石盒子组，两翼岩层倾角 4毅耀7毅，对称，宽缓。由于 褶皱的影响，工作面内煤层波状起伏，煤层倾角一般不 超过 10毅，个别地段受构造影响，岩层倾角变大。 工作面自西向东总体西低东高，煤层整体倾向北北 西，倾角变化 1毅耀7毅，平均坡度约 4毅。工作面埋深 421耀 556 m，地压 6.1耀13.9 MPa，无冲击地压危害。在工作 面回采过程中可能揭露 DF14、FW2302x-3、FW2302x-2 断层和 X4 陷落柱及 3 个软煤、煤体破碎带，工作面内 无岩浆倾入现象，具体参数详见表 1 和表 2。 表 1W2302 （中段） 工作面断层和陷落柱构造情况 收稿日期2020-05-26 作者简介张宗光，1983年生，男，山东单县人，2005年毕业于中 国矿业大学采矿工程专业，助理工程师。 工作面过软煤带顶板控制研究 张宗光 （ 山西晋城煤业集团寺河矿，山西 沁水 048200 ） 摘要 介绍了寺河矿西井区 W2302 （ 中段 ） 工作面分布有逆断层、正断层、陷落柱、薄煤区、软煤区等对生产影响 较大的构造，特别是软煤区顶板极易垮落，出现漏冒型冒顶，给工作面推进造成了极大的困难。采取留底煤等方法后， 工作面的顶板管理难度明显降低，顶板事故明显减少，工作面的推进速度明显加快，由原来的每天平均 2 刀加快到每天 平均 7 刀。工作面的周期来压步距明显加长，顶板压力显现明显变弱，工作面 2.5 m 厚的砂质及碳质泥岩也都能养护住， 没有出现垮落现象。 关键词 冒顶；采高；抬底板；顶板压力 中图分类号 TD823.97文献标识码 A文章编号 2095-0802-202008-0045-03 Research on Roof Control of Working Face Passing through Soft Coal Zone ZHANG Zongguang Sihe Coal Mine, Jincheng Anthracite Mining Group of Shanxi, Qinshui 048200, Shanxi, China Abstract This paper introduced the structures of W2302 middle section working face in the west mine area of Sihe Coal Mine, which had great influence on production, such as reverse fault, normal fault, collapse column, thin coal area, soft coal area, espe- cially in soft coal area, the roof was easy to collapse, and leakage type roof fall occured, making it very difficult to push the working face forward. After adopting the of keeping bottom coal, the difficulty of roof management in the working face was obviously reduced, roof accidents were obviously reduced, and the advancing speed of the working face was obviously accelerated, from the original average of 2 knives per day to the average of 7 knives per day. The periodic weighting step distance of the working face was obviously longer, the roof pressure was obviously weakened, and the 2.5 m thick sandy and carbonaceous mud- stone of the working face could also be maintained without collapse. Key words roof caving; mining height; lifting the floor; roof pressure （总第 179 期） 能源研究 构造 名称 倾向倾角走向落差 对采掘影 响程度 揭露位置 FW2302x-3 正断层 180毅70毅WE 3 m左右较小 中段回采 至169 m处 DF14 正断层 50毅70毅140毅 3 m左右较小 中段回采 至162 m处 FW2302x-2 正断层 293毅50毅203毅 2 m左右较小 中段回采 开始 X4陷落柱 长轴100 m 短轴100 m 平面形态 似 椭圆形 影响较大 推进至 608 m处 45 2020 年第 8 期2020 年 8 月 表 3W2302中段） 工作面顶板岩性统计表 1.2采煤方法 工作面采用倾斜长壁大采高自然冒落后退式综合 机械化采煤方法。 1.3工作面支架配置 布置支架时 ，从工作面机头到 机 尾分 别布 置 ZYT9400/25.5/55 型端头架 3 架，ZYG9400/28/62 型过渡 液 压 支 架 2 架 ， ZY9400/28/62 型 中 间 架 101 架 ， ZY12000/28/62 型中间架 60 架，ZYG9400/28/62 型过渡 液压支架 2 架，ZYT9400/25.5/55 型端头架 4 架，共计 172 架。 根据 6.2 m 支架在寺河矿多个工作面的使用经验， 分析相邻工作面矿压监测数据，在验算支架支护强度 时，按工作面最大采高的 6 倍进行计算，可以满足 6.0 m 工作面的支护要求。 2工作面回采难点分析 由于该工作面构造较多，软煤区范围较大，在工 作面推进过程中遇到的主要困难有以下几点。 2.1工作面频繁漏矸冒顶 工作面在构造区域及软煤区的漏矸主要为漏冒型， 主要表现为工作面推进过程中煤体疏松，煤帮突然片 帮，伪顶随之垮落，之后直接顶垮落。 2.2工作面周期来压显现剧烈 工作面周期来压期间，支架压力显现剧烈，频繁 卸载，工作面来压步距较短，工作面经常出现压垮型 冒顶。 工作面冒顶之后，主要采取深孔注浆的方式进行 维护，采用高分子材料注浆，但效果不明显，且工作 量巨大。 3通过工作面采高控制顶板稳定性 由于工作面推进过程中频繁冒顶，严重影响了推 进工作的进行，寺河矿重新分析工作面的情况，并采 取相应的措施。 3.1工作面柱状图分析 W2302 （ 中段 ） 工作面的上覆岩层 （ 50 m 范围内 ） 岩性统计情况见表 3。W2302 （ 中段） 工作面煤层顶底 综合柱状图见图 1。 从 W2302 （中段） 工作面的煤层顶底板综合柱状 图，及上覆岩层分析对比中可以看出，上覆岩层中泥 岩所占比例接近 1/3，而泥岩的残余碎胀系数为 1.01耀 1.03，砂质岩的碎胀系数为 1.2耀1.6[1]。 顶板垮落高度的计算公式如下 Mh11/3K1h12/3K2h1，1 表 2W2302 （中段） 工作面褶曲构造情况 褶曲轴线两翼倾角倾伏 对采掘进 的影响 摩掌向斜 总体向北倾伏东翼 4毅耀7毅 轴线呈近南 北向拉伸状 较小 马山背斜 总体向北倾伏 两翼岩层倾角 4毅耀7毅 轴线呈近南 北向拉伸状 较小 霍家山向斜 总体向北倾伏 翼岩层倾角 4毅耀12毅轴面倾向东中等 岩性各岩层厚度/m 厚度 合计/ m 总层 数/ 层 总厚 度/m 埋 深/ m 泥岩 4.73 7.79 1.40 2.28 1.10 0.4017.70 1954.31 480 耀 560 砂质 岩 2.25 4.63 0.90 3.00 1.20 4.16 10.52 3.45 6.50 36.61 图 1W2302 （中段） 工作面煤层顶底综合柱状图 深灰色， 厚层状， 见少量黄铁矿结核， 下部见少量菱铁 质结核， 与下伏地层过渡接触 灰色， 中厚层状， 见少量黄铁矿结核， 半坚硬， 含少量动 物化石， 下部变相为钙质泥岩 泥质 粉砂岩 灰色， 厚层状， 含云母。以均匀层理为主 细粒砂岩 泥岩 硅质石灰岩 泥质粉砂岩 粉砂岩 浅灰色， 厚层状， 以石英为主。以变形层理为主， 与下伏地层过渡接触 灰色， 薄层状， 含少量动物化石。坚硬， 与下伏地层明显接触 地层单位 累 厚/ m 层 厚/ m 系统组 下 石 盒 子 组 P1x 山 西 组 P1s 太 原 组 C3t 柱状 1颐200 岩石 名称 岩石描述 浅灰色， 中厚层状， 鲕粒结构， 以均匀层理为主 浅灰色， 厚层状， 以石英为主， 含云母， 以平行层理为主 灰色， 厚层状， 鲕粒结构， 下部含丰富的植物化石， 中部 夹煤条带 浅灰色， 厚层状， 以石英为主， 含云母， 以均匀层理为主 泥岩 细粒砂岩 细粒砂岩 泥岩 泥岩 粉砂岩 深灰色， 薄层状， 含少量的不完整植物化石 浅灰色， 中厚层状， 含云母， 以均匀层理为主 中粒砂岩浅灰色， 厚层状， 以石英为主， 长石次之， 含云母， 以大 型板状交错层理为主 粉砂岩 灰色， 中厚层状， 含云母， 以平行层理为主 细粒砂岩 浅灰色， 中厚层状， 以石英为主， 长石次之， 含云母， 以 大型板状交错层理为主， 脉状层理次之 粉砂岩 灰色， 厚层状， 含云母， 以均匀层理为主 泥岩深灰色， 中厚层状， 下部含丰富的不完整植物化石 314.50 316.75 4.73 2.25 324.54 7.79 329.17 4.63 330.57 1.40 331.47 0.90 334.47 3.00 335.67 1.20 338.22 0.60 1.95 336.27 340.50 2.28 340.75 0.25 344.91 4.16 346.01 1.10 356.53 10.52 359.98 3.45 366.48 6.50 368.63 2.15 369.03 0.40 375.33 4.60 0.2 1.50 377.99 2.66 382.79 4.80 383.59 0.80 煤线黑色， 为内生裂隙， 半亮型 粉砂岩 深灰色， 中厚层状， 含云母， 含丰富的不完整植物化石 泥岩 深灰色， 中厚层状， 含丰富的不完整植物化石， 夹薄层 碳质泥岩 粉砂岩 深灰色， 灰黑色， 含少量的不完整植物化石， 底部见少 量菱铁质结核， 夹薄层砂岩 中粒砂岩 灰白色， 胶结物为钙质， 以韵律层理为主 细粒砂岩浅灰色， 厚层状， 以石英为主， 含云母。含粉砂岩包体。 以均匀层理为主 砂质泥岩 灰黑色， 中厚层状， 以小型交错层理为主， 夹薄层砂岩 碳质泥岩 黑色， 含植物化石， 随采掘脱落 3煤层 黑色， 厚层状， 条痕为黑色， 参差状断口， 具玻璃光泽。 以亮煤为主， 光亮型， 煤层结构简单 细粒砂岩灰色， 中厚层状， 含云母。 上部以波状层理为主， 下部以 透镜状层理为主。含少量植物化石 粉砂质 泥岩 深灰色， 薄层状， 以波状层理为主 粉砂岩 灰色， 薄层状， 以波状层理为主 粉砂质 泥岩 深灰色， 薄层状， 以波状层理为主 石灰岩 灰色， 薄层状， 坚硬。含丰富的动物化石 碳质泥岩黑色， 中厚层状， 见少量黄铁矿结核。含少量的不完整植物化石 煤线 黑色， 薄层状， 平坦状断口， 具玻璃光泽。以亮煤为主， 暗煤次之。煤层结构简单。半坚硬 细粒砂岩灰色， 厚层状， 含云母， 以小型交错层理为主， 中部见少 量菱铁质结核， 含遗迹化石 泥质粉砂岩深灰色， 巨厚层状， 含云母。下部见少量黄铁矿结核 钙质泥岩 深灰色， 中厚层状， 与下伏地层过渡接触 石灰岩 灰色， 厚层状， 上部含泥质， 见少量黄铁矿结核， 含少量 动物化石 煤线 黑色， 中厚层状， 上部见少量黄铁矿结核。 参差状断口， 具沥 青光泽。以暗煤为主， 亮煤次之。煤层结构简单。半坚硬 砂质泥岩 深灰色， 中百层状， 含云母。含少量不完整的植物根化石 粉砂岩灰色， 厚层状， 含云母， 半坚硬。上部含少量不完整的植物根化石 灰色， 厚层状， 与下伏地层明显接触 灰黑色， 厚层状， 见透镜状黄铁矿结核。中部见少量菱铁质结核 385.59 2.00 386.87 1.28 387.02 0.15 387.37 0.35 391.77 4.40 398.12 6.35 398.92 0.80 400.87 1.95 401.47 0.60 402.27 0.80 403.67 1.40 406.02 2.35 409.12 3.10 409.37 0.25 401.17 0.80 402.67 1.50 404.23 1.56 下 二 叠 统 P1 上 石 炭 统 C C 石 炭 系 P 二 叠 系 46 2020 年第 8 期2020 年 8 月 能源知识 （上接 44 页） h1M/1/3K12/3K2-1，2 式1～2中，M 为工作面正常采高，取 6 m；h1为顶 板垮落高度，m；K1为砂质岩石残余碎胀系数，取 1.05；K2为泥质岩石残余碎胀系数，取 1.3。 当工作面正常采高为 6 m 时，将相关数值代入式2 中，可得h16/1/3伊1.052/3伊1.3-1抑27.69 m约h0（支 架支撑顶板高度，36 m ） 。 此时，工作面的顶板垮落后，岩石碎胀系数的存 在能够满足工作面采空区自然拱的形成，能满足工作 面的顶板支撑。 由于该工作面 3煤层以上部分有 2.5 m 厚的砂质泥 岩和碳质泥岩极易冒落，加之工作面煤厚平均为 6.3 m， 工作面的正常采高有时会达到 8.8 m。因此，将相关 数值代入式2中，可得 h18.8/1/3伊1.052/3伊1.3-1抑 40.62 mh0。 此时，工作面的顶板垮落后，由于岩石碎胀系数 的存在不能够满足工作面采空区自然拱的形成，会使 得工作面的顶板压力时刻传递到煤帮。由于工作面顶 板泥岩成分比例较高，抗压强度低，会造成顶板破碎， 出现漏冒的情况，以此恶性循环往复，使得工作面顶 板管理难度增大。 3.2采高控制 根据上述计算，严格控制采高成为了关键。通过 反算，工作面合理的采高 M1为 M1h01/3伊K12/3伊K2-1。3 将相关数值代入式3中，可得M136伊1/3伊1.05 2/3伊1.3-1≈7.8 m。 由于工作面的顶板较为破碎，加之软煤区的面积 较大，留煤顶降低采高不太现实。因此，采取留底煤的 方式，将采高降低，在软煤区留 1 m 左右的底煤控制 采高，使工作面的采高 （ 加上 2.5 m 厚的砂质泥岩和碳 质泥岩 ） 不能超过 7.8 m，以保证工作面推进[2]。 4结语 工作面过软煤带顶板控制是矿井安全生产的一大 难题。在实际生产过程中，需要控制好工作面采高，加 强煤帮支护和顶板管理。根据井下工作面的地质条件 和软煤区的煤层结构，合理控制工作面的采高，能够 有效降低顶板压力，延缓工作面来压周期，减少顶板 垮落事故的发生，从而保证工作面的安全推进，加快 工作面推进速度，提高煤矿企业经济效益。 参考文献 ［1］ 张展鸿.大采高综采工作面过破碎带顶板控制的实践 ［J］ .煤 矿开采， 2007， 125 70-71. ［2］ 徐永圻.煤矿开采学 ［M］ .徐州 中国矿业大学出版社， 1993 55-57. （ 责任编辑白洁 ） 这种供电系统克服了供电线路损坏时引发的大面 积停电问题，也克服了发生线路故障时诊断慢的问题。 从某种程度上来看，这种供电系统是很理想的。但其 也有缺点，缺点主要在于运行时井下中央变电站的 2台 变压器分摊了矿井的电载荷，若载荷分配不均衡或者 特殊设备 （ 比如变频器等） 使用不均衡，矿井自身供 电电网在合环过程中仍会对电网造成冲击，给煤矿供 电网络的稳定性带来一定的不利影响。 3结语 供电是煤矿生产的一个重要课题，选择一个合适 的煤矿供电系统对于保证供电质量有重要影响。为此， 简要分析了煤矿供电中常用的三种供电系统，即一主 一备式供电系统、完全分列式供电系统和一主一备分 列式供电系统的优缺点。在选择煤矿供电系统时，最 重要的一个指标是供电容量。希望文中所述内容可以 为人们认识煤矿供电系统提供一定的参考。 参考文献 ［1］ 李文武.矿井供电方式对比分析 ［J］ .当代化工研究， 201913 34-35. ［2］ 叶建文.矿井供电系统优化及改进 ［J］ .矿业装备， 20195 134-135. ［3］ 郝欢欢.煤矿地面供电系统自动化升级改造设计优化 ［J］ .水 力采煤与管道运输， 20184 83-85. ［4］ 王丽琴.井工煤矿供电系统的大分列运行 ［J］ .煤矿现代化， 20183 119-120. （ 责任编辑白洁 ） 港址资源 中国港址资源丰富的原因是， 中国大陆有基岩海岸 5 000 km 多， 占全国大陆岸线总长的 1/4 以上。 这类海岸 线曲折、 岬湾相间， 深入陆地港湾众多。它们的特征是岸 滩狭窄、 坡度陡、 水深大， 许多岸段 5耀10 m 等深线逼近 岸边， 可选为大中型港址。 淤泥质海岸 4 000 km 多， 其中 大河河口岸段常有一些受掩护的深水岸段和较稳定的 深水河槽， 可建大中型港口。砂砾质海岸呈零星分布， 岸 滩组成以砂、 砾为主， 岸滩较窄、 坡度较陡， 堆积地貌发 育类型多， 常伴有沿岸沙坝、 潮汐通道和潟湖， 有一定水 深和掩护条件， 可建中小型港口。 中国沿岸有 160 多个大于 10 km2的海湾， 10 多个 大、 中河口， 深水岸段总长达 400 km 多， 绝大多数地区 常年不冻。除邻近河口外， 大部岸段无泥沙淤积或很少， 基本具备良好的港址环境条件。 张宗光 工作面过软煤带顶板控制研究 47