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。