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        ZKXG100 型鉆孔成像軌跡檢測(cè)裝置在煤礦探放水中的應(yīng)用

        2021-04-08 12:25:44
        機(jī)械管理開(kāi)發(fā) 2021年1期
        關(guān)鍵詞:回風(fēng)順羅盤(pán)孔壁

        倫 敏

        (晉能控股煤業(yè)集團(tuán)掌石溝煤礦, 山西 高平 048400)

        1 掌石溝煤礦15201 回風(fēng)順槽概況

        掌石溝煤礦15201 回風(fēng)順槽位于15 號(hào)煤二采區(qū),15201 回風(fēng)順槽設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為1 400 m,巷道設(shè)計(jì)斷面規(guī)格為寬×高=4.2 m×4.0 m,巷道掘進(jìn)煤層為15 號(hào)煤,煤(巖)層總體構(gòu)造為一向東傾斜單斜構(gòu)造,走向近南北NE20°~NE30°,傾向NE,傾角0°~4°,平均2°,平均厚度為4.0 m。根據(jù)探測(cè)資料顯示15201 回風(fēng)順槽掘進(jìn)期間頂板含水層主要以K2 石灰?guī)r巖溶裂隙含水層為主,砂巖裂隙含水層次之。K2 石灰?guī)r為15 號(hào)煤層頂板,平均厚7.77 m,K2 灰?guī)r以上為泥巖隔水層,單層厚度不等,阻隔或減弱了含水層之間的水力聯(lián)系,但是由于頂板存在局部破碎或裂隙等現(xiàn)象,可能會(huì)在巷道掘進(jìn)過(guò)程中,由于采動(dòng)影響會(huì)造成上部老空水或含水層水導(dǎo)通流至巷道中。

        15201 回風(fēng)順槽掘進(jìn)前期,對(duì)巷道頂板施工探水鉆孔進(jìn)行放水,鉆孔深度為80 m,仰角為20°,鉆孔直徑為75 mm。鉆孔施工期間主要通過(guò)人工觀察鉆孔返煤泥判斷孔壁巖性情況及穿層位置,但是傳統(tǒng)人工判斷誤差效果差,且無(wú)法對(duì)鉆孔壁裂隙情況進(jìn)行分析,導(dǎo)致在前期探放水施工時(shí)經(jīng)常出現(xiàn)鉆孔塌孔、鉆孔深度不足等現(xiàn)象,嚴(yán)重制約著巷道探放水施工安全。

        2 鉆孔成像軌跡檢測(cè)裝置介紹

        為了實(shí)時(shí)掌握探水鉆孔穿層情況及孔壁巖體情況,15201 回風(fēng)順槽在后期探水鉆孔施工過(guò)程整個(gè)采用ZKXG100 型鉆孔成像軌跡檢測(cè)裝置進(jìn)行孔壁巖性觀察。

        2.1 裝置結(jié)構(gòu)

        該裝置主要由 ZKXG100-Z 主機(jī) 1 臺(tái)、ZKXG100-T/T(A)探頭 1 個(gè)、ZKXG100-S 深度編碼器1 個(gè)、礦用電纜線及線架1 套、推桿若干、主機(jī)充電器以及USB 數(shù)據(jù)傳輸線等部分組成,如圖1 所示。

        圖1 ZKXG100 型鉆孔成像軌跡檢測(cè)裝置結(jié)構(gòu)示意圖

        2.2 主要用途

        1)觀測(cè)礦體礦脈厚度、傾向和傾角,斷層裂隙產(chǎn)狀及發(fā)育情況:探測(cè)鉆孔空間三維軌跡和鉆孔深度及區(qū)分礦體、巖體、煤層、夾矸、土層等各種地質(zhì)結(jié)構(gòu)體。

        2)觀測(cè)和定量分析煤層等礦體走向、厚度、傾向、傾角,層內(nèi)夾矸及與頂板巖層的離層裂縫程度,含水?dāng)鄬?、溶溝溶洞、巖層水流向以及地層巖性和巖體結(jié)構(gòu)構(gòu)造等。

        3)探測(cè)煤礦頂板地質(zhì)構(gòu)造、煤層賦存、工作面前方斷層構(gòu)造、上覆巖層導(dǎo)水裂隙帶等。

        2.3 工作原理

        1)探頭內(nèi)置高清攝像頭和三維電子羅盤(pán),攝像頭采集鉆孔孔壁圖像數(shù)據(jù)。水平模式下三維羅盤(pán)記錄探頭前進(jìn)方位角及傾角;垂直模式下三位電子羅盤(pán)標(biāo)注孔壁方位,并補(bǔ)償由探頭旋轉(zhuǎn)造成的角度偏移。深度計(jì)數(shù)器記錄探頭所在位置深度。

        2)主機(jī)將探頭采集到的孔壁圖像展開(kāi)按深度一幀一幀拼接成孔壁展開(kāi)圖,記錄對(duì)應(yīng)深度的三維坐標(biāo)角度信息,存儲(chǔ)為.TCD 成像軌跡文件;監(jiān)視窗口視屏信號(hào)轉(zhuǎn)存為.H264 文件。

        3 ZKXG100 型鉆孔成像軌跡檢測(cè)裝置應(yīng)用

        3.1 裝置參數(shù)設(shè)置

        1)將ZKXG100 型鉆孔成像軌跡檢測(cè)裝置中探頭連接到信號(hào)接口;深度計(jì)數(shù)器滑輪連接到深度接口,并將探頭穿過(guò)深度計(jì)數(shù)器并卡緊壓線輪;按鉆孔實(shí)際信息輸入鉆孔編號(hào)和鉆孔直徑,若鉆孔編號(hào)長(zhǎng)度小于8 個(gè)字符,后面三位為數(shù)字字符。

        2)脈沖距離為深度計(jì)數(shù)器滑輪每轉(zhuǎn)動(dòng)1°探頭前進(jìn)的距離,缺省值(默認(rèn)值)為0.691 m,其隨滑輪直徑和線纜直徑變化而變化。修正方法如下:從絞車(chē)上精確地量出一段10 m 長(zhǎng)的線纜,在線纜上做好首尾兩處標(biāo)記。然后架起三角支架,并裝上滑輪,讓線纜穿過(guò)滑輪。接著,將線纜從事先做好標(biāo)記的一端放至另一端,觀察屏幕上顯示的深度數(shù)據(jù)的變化,記錄線纜兩處標(biāo)記的兩個(gè)讀數(shù)相減后即為本機(jī)計(jì)量長(zhǎng)度如上頁(yè)圖1 所示,假設(shè)為L(zhǎng)。如果L=1 000 cm,則表示計(jì)量值準(zhǔn)確,無(wú)需進(jìn)行校準(zhǔn);否則,則應(yīng)返回到“參數(shù)設(shè)置”菜單,修改脈沖距離值,計(jì)算公式為修改值=預(yù)設(shè)值×1 000/L。

        3)初始深度按照探頭實(shí)際位置輸入,若在孔口則輸入0。角度誤差為羅盤(pán)安裝誤差,其修正方法如下:用A4 紙畫(huà)一同心圓并用地質(zhì)羅盤(pán)校正正北,探頭設(shè)置為垂直狀態(tài)下,圖像正上方對(duì)準(zhǔn)正北,此時(shí)方位角理論顯示為0°,若大于0°則輸入方位角顯示實(shí)際值,若小于0°則輸入方位角-36°。

        4)羅盤(pán)狀態(tài)的設(shè)置:若鉆孔角度大于75°,設(shè)為垂直模式;若鉆孔角度小于75°,則設(shè)為水平模式。

        3.2 圖像采集

        1)主界面上點(diǎn)擊圖像采集按鈕,選擇是否啟用羅盤(pán)即可進(jìn)入采集界面;點(diǎn)擊開(kāi)始拼接、開(kāi)始錄像,緩慢勻速推進(jìn)推桿。

        2)點(diǎn)擊亮度進(jìn)入亮度調(diào)節(jié)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)光電旋鈕亮度變低,逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)光電旋鈕增強(qiáng)亮度,再次點(diǎn)擊退出;點(diǎn)擊截圖抓拍關(guān)鍵位置,探頭到孔底時(shí)點(diǎn)擊停止錄像,點(diǎn)擊退出采集返回主界面。

        3.3 注意事項(xiàng)

        1)Φ24 探頭適用于 Φ30~45 mm 直徑鉆孔,Φ40探頭適用于Φ45~100 mm 直徑鉆孔。當(dāng)孔徑和探頭直徑相差較大時(shí)需加居中器,或?qū)⒔^緣膠布纏繞在探頭前端,使探頭居中,以便采集到較好的孔壁圖像。

        2)當(dāng)孔內(nèi)和外部溫差較大時(shí),探頭玻璃窗易起水霧??梢韵葘⑻筋^放入孔內(nèi)10 min 左右以便探頭適應(yīng)孔內(nèi)溫度,或者將探頭放入熱水中侵泡2 min。

        3)拼圖時(shí)必須確保深度計(jì)數(shù)器不移動(dòng),否則可能會(huì)造成圖像扭曲和深度不準(zhǔn);連接推桿時(shí)前面一根推桿需固定不動(dòng),轉(zhuǎn)動(dòng)后面一根推桿旋緊。

        4)采集速度控制在1~2 m/min,勻速推進(jìn),否則會(huì)導(dǎo)致圖像拼接不連續(xù)而出現(xiàn)黑色的條帶,若出現(xiàn)上述情況,請(qǐng)將探頭回拉,待拼接圖像將黑色條帶覆蓋后方可繼續(xù)往前推探頭。

        4 應(yīng)用效果

        掌石溝煤礦對(duì)15201 回風(fēng)順槽后期掘進(jìn)探水鉆孔施工過(guò)程中采用了ZKXG100 型鉆孔成像軌跡檢測(cè)裝置,通過(guò)2 個(gè)月實(shí)際應(yīng)用效果來(lái)看,該裝置應(yīng)用方便、檢測(cè)精度高,便于鉆孔施工人員實(shí)時(shí)掌握孔壁巖性,有效保證了掘進(jìn)巷道探放水施工安全。該裝置已在其他煤礦得到推廣應(yīng)用。

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