鉆孔成像儀在掘進(jìn)工作面的應(yīng)用

徐莉軍

（陽(yáng)泉煤業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司一礦， 山西 陽(yáng)泉 045008）

引言

陽(yáng)煤一礦是核定生產(chǎn)能力750萬(wàn)t/年的大型礦井，每年的開(kāi)掘進(jìn)尺超過(guò)32 000 m，其中包括不同類型和地質(zhì)資料的巷道。在繁多的巷道施工和支護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)，需要巷道的地質(zhì)資料和頂板具體巖性結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析和參考。陽(yáng)煤一礦原來(lái)的頂板探測(cè)采用取芯套筒進(jìn)行采集分析，由于施工復(fù)雜，耗費(fèi)大量人力和物力，且頂板情況復(fù)雜多變，巖性松軟破碎等原因，造成取芯效果不佳。不能給巷道的支護(hù)設(shè)計(jì)提供可靠的地質(zhì)資料，同時(shí)也給巷道的頂板管理帶來(lái)了困難。為改變這種現(xiàn)狀，陽(yáng)煤一礦積極試驗(yàn)并推廣了礦壓鉆孔成像儀，很好地解決了上述問(wèn)題。

1 鉆孔成像儀基本資料

1.1 鉆孔成像儀組成及用途

鉆孔成像儀的組成見(jiàn)圖1。其主要用來(lái)探測(cè)地質(zhì)構(gòu)造，如斷層、裂隙；探測(cè)煤層及其頂板巖層的巖性、厚度；探測(cè)巷道及采煤工作面頂板離層的位置、間隙的大小及頂板的錯(cuò)位、破碎情況，為巷道支護(hù)及頂板管理提供依據(jù)；探測(cè)瓦斯鉆孔、地質(zhì)鉆孔的鉆孔質(zhì)量。

1.2 鉆孔成像儀工作面原理

用于煤礦井下采掘巷道、回采工作面、需要井下探測(cè)地質(zhì)構(gòu)造的地方。通過(guò)CCD將巖層鉆孔內(nèi)實(shí)測(cè)圖像，由電纜線傳輸?shù)斤@示器并顯示出來(lái)，并可用記憶卡將圖像存貯起來(lái)。通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)實(shí)測(cè)圖像的對(duì)比，可描述出巷道圍巖離層、錯(cuò)位、破裂變化情況。

1.3 鉆孔成像儀技術(shù)參數(shù)

適用孔深為25 m（可測(cè)試孔深）；適用孔狀為垂直孔、水平孔、斜孔、俯、仰角孔；探頭外徑為25 mm，鉆孔直徑≥28 mm（可根據(jù)需求定制探測(cè)軌跡一體儀）；工作電壓為7.2 V（直流），電流為1 000 mA；深度計(jì)數(shù)精度為1 mm（自動(dòng)實(shí)時(shí)顯示探測(cè)深度）；供電電源為內(nèi)置高性能、可充電的鎳氫電池的MH-NI型SP7.2 V。本鉆孔成像儀，不能使用其他型號(hào)的電池電源，可連續(xù)工作10 h；探頭（攝像儀）電視線700 TVL，探頭照度0.1 lux；3.5英寸液晶屏顯示，16 G內(nèi)存；對(duì)特殊位置可以拍攝高清照片；主機(jī)長(zhǎng)220 mm、寬 140 mm、高 80 mm、重 2.5 kg；探頭直徑 25 mm、長(zhǎng)100 mm、重 150 g。

2 使用方法

1）探孔：探孔Φ28 mm以上，深度根據(jù)需要打鉆孔。將探頭通過(guò)導(dǎo)桿送到孔口。按照螺紋方向，依次連接導(dǎo)桿。

2）攝像：將主機(jī)固定在箱體指定位置，將攝像儀連接“攝像/充電”接口，將深度計(jì)數(shù)器連接“深度/數(shù)據(jù)”接口，將攝像儀線纜放置在滾輪凹槽內(nèi)，通過(guò)松、緊活動(dòng)輪固定通訊線纜在凹槽內(nèi)，并且方向只能是攝像儀探頭朝外，將探頭固定在導(dǎo)桿上，然后按“開(kāi)機(jī)”鍵開(kāi)機(jī)，進(jìn)入錄像模式待機(jī)畫面。

3）錄像模式：將探頭放置鉆孔并安裝好第一根導(dǎo)桿后，在待機(jī)畫面，按“錄像”鍵屏幕上閃爍顯示“REC”，表示開(kāi)始錄像，此時(shí)S：xxx-xxx m顯示為初始深度（也可提前手工滑動(dòng)固定滾輪，使數(shù)據(jù)復(fù)位顯示為S：000-000 m）。探測(cè)時(shí)只需使通訊線纜帶動(dòng)深度計(jì)數(shù)器滑輪轉(zhuǎn)動(dòng)，顯示屏即可實(shí)時(shí)顯示并錄制保存當(dāng)前巖層狀況及巖層深度，并顯示當(dāng)前時(shí)間及錄制時(shí)間。再按“錄像”鍵結(jié)束錄像狀態(tài)，并自動(dòng)保存錄制文件。此時(shí)恢復(fù)到錄像模式待機(jī)狀態(tài)。

4）拍照功能：在錄像模式待機(jī)狀態(tài)下，按“選擇/拍照”鍵，可以對(duì)當(dāng)前位置拍照、自動(dòng)保存圖片，并恢復(fù)到錄像模式待機(jī)畫面。

5）特別提示：在錄像狀態(tài)下禁止直接按“關(guān)機(jī)”鍵關(guān)機(jī)，關(guān)機(jī)請(qǐng)退出錄像狀態(tài)。在放像時(shí)注意，如果錄像超過(guò)30 min，設(shè)備自動(dòng)剪輯成每30 min一個(gè)片段。存放期超過(guò)3年的產(chǎn)品，在使用前應(yīng)逐臺(tái)檢驗(yàn)，重新進(jìn)行出廠檢驗(yàn)。

3 操作注意事項(xiàng)

在儀器操作的過(guò)程中，每操作一個(gè)鍵都要等此鍵的功能執(zhí)行完再操作下一個(gè)鍵，操作速度太快會(huì)出現(xiàn)死機(jī)現(xiàn)象。成像儀不得超量程使用，否則攝像儀出現(xiàn)超程故障。本機(jī)采用液晶屏顯示，在觀察時(shí)盡量正視觀察窗口。礦用鉆孔成像儀的信號(hào)傳輸是通過(guò)電纜線進(jìn)行，攜帶和使用過(guò)程中，不得用尖銳的硬物碰撞電纜線。下井前必須充滿電，以保證井下正常工作，禁止在井下給電池充電。探測(cè)完畢，上井后及時(shí)將圖像通過(guò)計(jì)算機(jī)取出。取出圖像后，可以將內(nèi)存的圖像刪除。顯示器窗口及探頭前防爆玻璃禁止用硬物撞擊。

4 使用效果分析

4.1 應(yīng)用情況

鉆孔成像儀在陽(yáng)煤一礦各類巷道進(jìn)行了多次探測(cè)，在高抽巷對(duì)復(fù)合頂板進(jìn)行探測(cè)；在回采順槽對(duì)煤層頂板進(jìn)行探測(cè)；在動(dòng)壓巷道進(jìn)行巖性破碎和圍巖松動(dòng)圈進(jìn)行探測(cè)；在地質(zhì)構(gòu)造段進(jìn)行巖性分析和含水層探測(cè)。通過(guò)多次探測(cè)和地質(zhì)資料分析，對(duì)掘進(jìn)工作面頂板基本有了準(zhǔn)確完整的判斷，見(jiàn)圖2。為工作面頂板支護(hù)設(shè)計(jì)提供了詳細(xì)的地質(zhì)資料，為礦井的頂板管理，尤其地質(zhì)構(gòu)造段的管理提供了依據(jù)。

4.2 存在的問(wèn)題及解決辦法

圖2 頂板鉆孔探測(cè)情況

由于鉆孔成像儀為前置攝像頭，在前期應(yīng)用時(shí)，遇到鉆孔有水、煤巖破碎時(shí)，造成攝像頭深入孔時(shí)被堵，以至無(wú)法正常進(jìn)行探測(cè)。對(duì)此，要求鉆孔在到位后，需要進(jìn)行沖洗，并放置不小于2 h，確?？妆诘母蓛簦奖氵M(jìn)行探測(cè)。并且在攝像頭的下部安裝導(dǎo)向圈，確保攝像頭在鉆孔中間前行，盡量不接觸孔壁。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)鉆孔成像儀的推廣應(yīng)用，給巷道頂板的資料分析帶來(lái)了便捷可靠的探測(cè)設(shè)備。鉆孔成像儀可提供清晰直觀的視頻和圖片，可以對(duì)巖性資料進(jìn)行準(zhǔn)確翔實(shí)的分析，尤其在巖性松軟破碎、巖層層理、節(jié)理、裂隙發(fā)育和頂板離層等復(fù)雜條件下，具有明顯優(yōu)勢(shì)。它和現(xiàn)場(chǎng)工藝配合良好，有很好的適應(yīng)性，具有一定的推廣價(jià)值。