白興平

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)忻州窯礦 山西省 大同市 037021）

近年來(lái)隨著煤礦安全管理力度的加大，瓦斯、水害等煤礦重大安全生產(chǎn)事故得到有效扼制，但煤礦頂板事故“零敲碎打”呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。所以頂板管理仍是煤礦安全生產(chǎn)中亟需解決的重要課題，由于各類(lèi)煤礦生產(chǎn)地質(zhì)條件不同，頂板賦存條件復(fù)雜程度不一，故頂板管理難易程度不同，某礦通過(guò)鉆孔成像技術(shù)觀測(cè)、分析，實(shí)現(xiàn)了對(duì)不同類(lèi)型頂板有針對(duì)性的采取科學(xué)、合理的頂板管理措施，保障了煤礦的安全生產(chǎn)。

1 鉆孔成像技術(shù)特點(diǎn)

采用圖像采集與處理技術(shù)，探頭全景攝像，圖像清晰，深度計(jì)數(shù)準(zhǔn)確，可對(duì)各類(lèi)觀測(cè)孔進(jìn)行視頻錄制及后期成像處理。適用于煤礦頂板地質(zhì)構(gòu)造、煤層賦存、工作面前方遇斷層、陷落柱等構(gòu)造、上覆巖層導(dǎo)水裂隙帶等的探測(cè)。

2 鉆孔成像技術(shù)在某礦各類(lèi)頂板條件下的使用情況

2.1 鉆孔成像儀在巷道返修中的應(yīng)用

某礦東二14#層集中軌道巷于2010年掘進(jìn)，原巷寬4 m、高3 m，因受上覆11#層盤(pán)區(qū)集中巷道遺留煤柱集中應(yīng)力和同層一翼已采工作面超前支承應(yīng)力影響，東二14#層集中軌道巷發(fā)生巷道片幫、底鼓現(xiàn)象，巷道最寬處4.9 m，最低處2.2 m，不能滿(mǎn)足安全生產(chǎn)需要，為保證巷道正常使用2016年~2017年對(duì)局部巷道返修兩次、2018年第三次修巷時(shí)，局部巷道頂板出現(xiàn)下沉現(xiàn)象，為確定頂板結(jié)構(gòu)變化情況，采取合理的支護(hù)措施，采用鉆孔成像技術(shù)進(jìn)行探測(cè)。經(jīng)鉆孔窺視里程1 700 m處巷道松動(dòng)圈已擴(kuò)展至距頂板6 m，頂板裂隙、離層發(fā)育，見(jiàn)下表。

表1 東二14#層集中軌道巷1 700 m處頂板窺視情況

鉆孔窺視儀觀測(cè)鉆孔4.5 m以下離層、裂隙發(fā)育，共有離層5處，橫向裂隙8處，縱向裂隙4處。分析認(rèn)為原巷道錨桿支護(hù)已部分失效，圍巖松動(dòng)圈呈現(xiàn)逐步擴(kuò)大的趨勢(shì)，需及時(shí)補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)。

圖2 頂板2.4 m處離層

圖3 頂板2.7 m處離層

圖4 頂板3.1 m處離層

圖5 頂板4.3 m處離層

結(jié)合頂板結(jié)構(gòu)窺視結(jié)果，某礦通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)采用兩幫打木垛、工字鋼吊梁下支木柱、9.3 m長(zhǎng)錨索補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)控制了頂板下沉趨勢(shì)，保障了巷道安全使用。

2.2 鉆孔成像儀在巷道高水平側(cè)壓中的應(yīng)用

2018年1月東三14#層2507巷在掘進(jìn)至距巷口80 m~120 m時(shí)頂板錨索陸續(xù)斷裂3根，經(jīng)檢驗(yàn)錨索材質(zhì)無(wú)質(zhì)量問(wèn)題，使用鉆孔成像儀觀測(cè)斷裂錨索鉆孔無(wú)離層，但發(fā)現(xiàn)頂板鉆孔多處發(fā)生水平錯(cuò)位，分析錨索斷裂原因?yàn)槭苌细?1#層8516與8518采空區(qū)煤柱側(cè)向應(yīng)力擠壓導(dǎo)致鉆孔水平錯(cuò)位索線(xiàn)受剪切應(yīng)力與拉應(yīng)力影響斷裂，2507巷22#鋼帶頂板鉆孔可觀測(cè)到有3處鉆孔錯(cuò)位，請(qǐng)見(jiàn)表2，圖6~圖9。

表2 2507巷頂板鉆孔窺視情況

圖6 5.49m處? 17.8 mm錨索斷裂

圖7 距孔口0.99m處鉆孔水平錯(cuò)位

圖8 距孔口2.67 m處鉆孔水平錯(cuò)位

圖9 距孔口3.7m處鉆孔水平錯(cuò)位

鉆孔成像儀查明錨索斷裂處掘進(jìn)巷道頂板層間水平位移大于層間垂直位移，通過(guò)優(yōu)化巷道支護(hù)在水平應(yīng)力較大區(qū)段采用架棚及錨桿支護(hù)，有效保障了巷道的安全使用。

2.3 鉆孔成像儀在巷道遇導(dǎo)水裂隙中的應(yīng)用

東三14-3#層2504巷下山掘進(jìn)巷道，地質(zhì)資料顯示該巷上覆為14-2#層8503采空區(qū)，預(yù)計(jì)古塘西北方向低洼處有積水，鉆探探測(cè)前方53米上覆采空區(qū)有積水，掘進(jìn)過(guò)程中巷道頂板淋水較大，為結(jié)合鉆探查明出水來(lái)源，使用鉆孔成像儀對(duì)頂板進(jìn)行觀察，鉆孔窺視至距孔口2.4 m時(shí)發(fā)現(xiàn)巖層裂隙水從孔壁裂隙噴射而出，探至8.748 m處與上覆8503采空區(qū)探通。分析認(rèn)為2504巷頂板淋水增大的原因是掘進(jìn)巷道前方上覆14-2#層8503古塘積水沿巖層導(dǎo)水裂隙下泄造成的，且水壓較大，通過(guò)加強(qiáng)巷道探放水力度，保障了巷道掘進(jìn)安全。

表3 2504巷頂板鉆孔窺視情況

圖10 距孔口2.4m處鉆孔裂隙出水

圖11 距孔口3.7m處鉆孔橫向裂隙

圖12 距孔口4.38m處鉆孔縱向裂隙

圖13 距孔口8.74m處鉆孔與老塘探通

3 鉆孔成像技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

（1）礦井地質(zhì)鉆孔資料一般由地面從上而下探測(cè)，從宏觀上可以掌握采、掘工作面頂板整體結(jié)構(gòu)，但存在點(diǎn)位稀疏、投資大、時(shí)效性差、精密度低等缺點(diǎn)，資料適合于井田開(kāi)拓整體規(guī)劃用；鉆孔成像技術(shù)可對(duì)未知頂板進(jìn)行細(xì)致觀測(cè)。不僅能直觀地觀測(cè)到鉆孔內(nèi)的各種結(jié)構(gòu)構(gòu)造，而且能對(duì)整個(gè)鉆孔成像進(jìn)行定量分析；

（2）頂板離層監(jiān)測(cè)一般測(cè)點(diǎn)間隔50 m~100 m，適合于煤礦井下區(qū)段頂板監(jiān)測(cè)，特點(diǎn)是一次性投入，測(cè)點(diǎn)間隔較大，巷道開(kāi)拓后需及時(shí)安裝觀測(cè)。離層儀在頂板離層時(shí)可知深、淺基點(diǎn)大致哪個(gè)范圍有離層，但不能準(zhǔn)確判定距頂板具體哪個(gè)位置有離層；如果遇頂板有淋水離層儀安裝于頂板鉆孔內(nèi)的測(cè)繩長(zhǎng)時(shí)間會(huì)因腐蝕斷裂失效，其次對(duì)區(qū)段內(nèi)已離層頂板安裝離層儀進(jìn)行監(jiān)測(cè)一是安裝困難，二是時(shí)效性差。而鉆孔成像技術(shù)可對(duì)采、掘巷道圍巖變形點(diǎn)隨時(shí)打孔觀察，觀測(cè)便捷，現(xiàn)場(chǎng)分析、判斷巷道圍巖變形情況，時(shí)效性好。

4 結(jié)論

（1）針對(duì)煤礦頂板管理，綜合利用地質(zhì)鉆孔資料、頂板離層監(jiān)測(cè)和鉆孔成像技術(shù)可以有效探測(cè)煤礦頂板結(jié)構(gòu)、厚度、硬度等賦存情況，指導(dǎo)煤礦合理科學(xué)地進(jìn)行支護(hù)設(shè)計(jì)；

（2）通過(guò)對(duì)同一鉆孔的周期性對(duì)比觀測(cè)成像，可以揭示煤層巷道圍巖節(jié)理、斷層和裂隙等發(fā)育、發(fā)展變化情況，預(yù)測(cè)巷道頂板離層、垮冒、巷道失穩(wěn)等頂板安全隱患的發(fā)展趨勢(shì)，為采取科學(xué)有效的預(yù)防處理措施提供參考，降低開(kāi)采風(fēng)險(xiǎn)和生產(chǎn)成本；

（3）在某煤礦作業(yè)規(guī)程中要求每掘進(jìn)50 m施工兩個(gè)頂板鉆孔，一個(gè)作為頂板窺視孔，一個(gè)作為離層儀孔，鉆孔成像技術(shù)結(jié)合離層監(jiān)測(cè)可以對(duì)巷道的支護(hù)設(shè)計(jì)、圍巖注漿加固及巷道修復(fù)等有效性進(jìn)行評(píng)估并提供真實(shí)有效的技術(shù)數(shù)據(jù)，提高煤礦井下生產(chǎn)的安全性。