任艷麗

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)雁崖煤業(yè)大同有限公司，山西大同037031）

探放水施工是煤礦防止水害事故主要技術(shù)手段，主要對(duì)采掘區(qū)域施工探水鉆孔，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)積水區(qū)探放的目的，傳統(tǒng)超前探水鉆孔一般深度為100m 左右，而鉆孔在施工過程中鉆孔深度和角度是非常重要的參數(shù)，決定水是否能按設(shè)計(jì)要求得到抽排。目前，現(xiàn)有技術(shù)中鉆孔深度和角度檢測(cè)主要由鉆機(jī)操作人員或驗(yàn)收人員進(jìn)行人工檢測(cè)，而管理人員檢查時(shí)也不可能面面俱到，尤其無法保證鉆孔深度和角度滿足相關(guān)要求。為了保證施工安全，管理人員只能更加頻繁詳細(xì)地下去檢查。因此，人工檢測(cè)方式的效率較低、誤差較大，而且不能實(shí)現(xiàn)隨鉆隨測(cè)，實(shí)時(shí)性較差，大大降低了探水鉆孔成孔率及成孔效果，制約著煤礦探放水施工安全，對(duì)此雁崖煤業(yè)公司決定對(duì)進(jìn)行探水鉆孔采用一套監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，并在2307巷探水鉆孔中進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用。

1 概述

雁崖煤業(yè)公司三盤區(qū)2307 巷位于三盤區(qū)西翼，巷道東部、南部、西部為實(shí)煤區(qū)，北部為盤區(qū)西翼回風(fēng)巷、皮帶巷、輔運(yùn)巷。

2307 巷設(shè)計(jì)掘進(jìn)長(zhǎng)度為1028m，巷道掘進(jìn)煤層為山西組4#煤層，煤層為半亮型、暗淡型煤，塊狀。本煤層屬?gòu)?fù)雜結(jié)構(gòu)煤層，總厚度為2.0～3.60m，平均厚度為2.80m，利用厚度為1.80～3.30m,煤層中普遍含有1 層夾石，局部含有2層夾石，夾石巖性為灰黑色砂質(zhì)泥巖、黑色泥巖、灰褐色高嶺巖。

根據(jù)塔山礦巖溶水突水危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)報(bào)告提供山西組4#層煤層底板巖溶水突水系數(shù)為0.0004～0.0055MPa/m且三盤區(qū)水文長(zhǎng)觀孔G5顯示突水系數(shù)為0.0017MPa/m，三盤區(qū)水文長(zhǎng)觀孔T1603顯示突水系數(shù)為0.0004MPa/m，小于正常塊段突水系數(shù)臨界值0.1MPa/m,為安全區(qū)。奧灰水水害對(duì)8307工作面回采時(shí)無大的影響。

工作面對(duì)應(yīng)上覆為侏羅系14 號(hào)煤層挖金灣407、408 盤區(qū)采空區(qū)，預(yù)計(jì)2017 年4 月進(jìn)行地面物探工程，并根據(jù)物探結(jié)果進(jìn)行地面探放水工作，預(yù)計(jì)設(shè)計(jì)施工2個(gè)探放水孔，3 個(gè)驗(yàn)證孔。侏羅系14 號(hào)煤層蓋山西組厚度為36～130m，侏羅系14 號(hào)煤層與二疊系山西組4號(hào)煤層層間距為280～360m。8307 面物探面積0.537km2,物探結(jié)果顯示在工作面的北部有3處異常區(qū)，分別位于巷240～310m、470～530m 以及650～690m 段上覆區(qū)域，預(yù)計(jì)積水量為2455m3，截止目前巷道已掘進(jìn)177m，巷道掘進(jìn)前期頂板出現(xiàn)淋水現(xiàn)象。

巷道掘進(jìn)前期為了保證掘進(jìn)安全，對(duì)巷道采取超前探放水施工，巷道迎頭每排布置3個(gè)鉆孔，鉆孔深度為100m，鉆孔仰角為22°，布置間距為1.8m，由于22#煤層穩(wěn)定性差，鉆孔在施工過程中塌孔現(xiàn)象嚴(yán)重，且鉆孔施工時(shí)主要采用人工判斷鉆孔方位角，造成鉆孔施工精度低、誤差率高，不利于巷道掘進(jìn)施工安全。

2 探水鉆孔監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用

為了進(jìn)一步提高探水鉆孔成孔率，保證鉆孔施工精度，決定對(duì)探水鉆孔采用一套在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

2.1 鉆孔監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成

（1）探水鉆孔監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要包括鉆孔檢測(cè)設(shè)備、攝像儀、井下環(huán)網(wǎng)交換機(jī)、地面環(huán)網(wǎng)交換機(jī)、錄像機(jī)、視頻疊加器以及上級(jí)單位控制系統(tǒng)等部分組成，如圖1所示。

圖1 探水鉆孔監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

（2）鉆孔檢測(cè)設(shè)備主要用于檢測(cè)鉆孔深度及傾角，安裝在巷道鉆機(jī)平臺(tái)鉆桿端；強(qiáng)磁鐵與鉆孔檢測(cè)設(shè)備匹配，主要安裝在鉆機(jī)的卡盤處；攝像儀安裝在鉆機(jī)頂部與巷道鉆機(jī)平行。

（3）鉆孔檢測(cè)設(shè)備與攝像儀與井下環(huán)網(wǎng)無線交換機(jī)一端連接，井下環(huán)網(wǎng)無線交換機(jī)另一端通過地面環(huán)網(wǎng)交換機(jī)一端連接，地面交換機(jī)另一端分別與礦端的視頻疊加器、硬盤錄像機(jī)及錄入端連接，同時(shí)通過煤炭專網(wǎng)分別與上級(jí)單位視頻管理平臺(tái)、視頻存儲(chǔ)器、業(yè)務(wù)服務(wù)器、時(shí)間同步服務(wù)器及查看端連接。

（4）鉆孔檢測(cè)設(shè)備主要由測(cè)量?jī)A角的傾角傳感器、與強(qiáng)磁鐵匹配的常開型接近開關(guān)、無線開關(guān)模塊、RS485轉(zhuǎn)WIFI模塊等部分組成。鉆孔檢測(cè)設(shè)備通過傾角傳感器進(jìn)行傾角測(cè)量，在常開型接近開關(guān)與強(qiáng)磁鐵吸合后，將開關(guān)信號(hào)傳輸給無線開關(guān)量模塊，傾角傳感器及無線開關(guān)量模塊同時(shí)將信號(hào)發(fā)送給KJJ12 礦用本安型無線交換機(jī)。

（5）攝像儀為KBA153 礦用本安型攝像儀，共計(jì)安裝兩臺(tái)，其中一臺(tái)攝像儀安裝在鉆機(jī)正上方，主要用于監(jiān)測(cè)鉆機(jī)鉆進(jìn)操作的具體細(xì)節(jié)部分；另一臺(tái)攝像儀安裝在鉆機(jī)后側(cè)5～8m 的側(cè)上方，攝像頭正中心對(duì)著鉆機(jī)，主要用來拍攝鉆機(jī)鉆進(jìn)時(shí)，人、機(jī)器的整體工作情況。

（6）井下環(huán)網(wǎng)無線交換機(jī)為KJJ12礦用本安型無線交換機(jī)，主要由無線開關(guān)量模塊、開關(guān)量采集模塊、無線交換機(jī)板、光纖收發(fā)器、礦用隔爆兼本安型電源等部分組成。

2.2 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)工作原理

（1）當(dāng)探水鉆孔鉆探施工且鉆桿鉆至末端接近鉆孔檢測(cè)設(shè)備時(shí)，鉆孔檢測(cè)設(shè)備則會(huì)與強(qiáng)磁鐵有一次吸合，同時(shí)鉆孔檢測(cè)設(shè)備將此吸合信號(hào)及傾角信息傳遞給無線交換機(jī)。KJJ12 礦用本安型無線交換機(jī)內(nèi)部無線開關(guān)量采集模塊接收到開關(guān)信號(hào)，通過開關(guān)量采集模塊處理將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成網(wǎng)絡(luò)信號(hào)。

（2）監(jiān)控?cái)z像頭直接接收網(wǎng)絡(luò)信號(hào)并將拍攝視頻傳遞給無線交換機(jī)，無線交換機(jī)同時(shí)將傾角及視頻傳遞給地面環(huán)網(wǎng)交換機(jī)，地面環(huán)網(wǎng)交換機(jī)將視頻及傾角傳輸?shù)降V端視頻疊加器、硬盤錄像機(jī)中，同時(shí)通過煤炭專網(wǎng)將接收到的視頻傳輸上級(jí)單位的視頻管理平臺(tái)。

（3）視頻疊加器對(duì)接收的信號(hào)進(jìn)行分析處理，統(tǒng)計(jì)鉆桿傾角、鉆進(jìn)次數(shù)，并計(jì)算出鉆孔深度，在視頻中顯示出鉆桿傾角和鉆孔深度；再利用圖像識(shí)別技術(shù)對(duì)視頻中的鉆桿進(jìn)行識(shí)別并計(jì)算出鉆桿數(shù)量，從而得出鉆孔深度，圖像中計(jì)算出的鉆孔深度與通過鉆孔檢測(cè)設(shè)備得出的鉆孔深度進(jìn)行校驗(yàn)，校驗(yàn)結(jié)果可在視頻中顯示出來。

3 鉆孔監(jiān)測(cè)系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)及實(shí)際應(yīng)用效果

3.1 鉆孔監(jiān)測(cè)系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)

（1）自動(dòng)化水平高：該系統(tǒng)主要利用攝像儀成效，利用交換站進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，利用工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，利用主機(jī)服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)三維成效，可實(shí)時(shí)對(duì)井下鉆孔鉆機(jī)深度、鉆進(jìn)方位角以及鉆孔壁煤巖體情況進(jìn)行觀察，整套系統(tǒng)自動(dòng)化水平高。

（2）提高鉆孔施工精度：傳統(tǒng)鉆孔施工過程中主要利用人工進(jìn)行觀察鉆孔施工情況，而人工巡檢時(shí)對(duì)鉆孔觀察精度低、勞動(dòng)作業(yè)強(qiáng)度大，鉆孔施工過程中方位角、鉆機(jī)位置以及鉆孔成型情況判斷誤差性高，從而造成鉆孔成型以及精度低，而采用鉆孔監(jiān)測(cè)系統(tǒng)后，可對(duì)鉆孔方位角實(shí)時(shí)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，出現(xiàn)誤差后可及時(shí)進(jìn)行調(diào)整，從而大大提高了鉆孔施工精度。

3.2 實(shí)際應(yīng)用效果分析

2020年2月13日2307巷已掘進(jìn)到位，巷道在后期掘進(jìn)過程中共計(jì)施工18 個(gè)探水鉆孔，共計(jì)放水量為2447m3，通過對(duì)巷道探水鉆孔采用在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)后，在后期探水鉆孔施工過程中未出現(xiàn)鉆孔塌孔現(xiàn)象，鉆孔成孔率達(dá)100%,鉆孔施工精度提高至98.7%，基本消除了上覆積水水害隱患。

4 結(jié)束語

雁崖煤業(yè)公司針對(duì)2307 巷前期探放水施工時(shí)，探水鉆孔精度低以及鉆孔成型效果差等技術(shù)難題，對(duì)鉆孔施工期間采用一套鉆孔監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行鉆孔成型、方位角、深度、巖性等進(jìn)行觀測(cè)，通過實(shí)際應(yīng)用效果來看，該系統(tǒng)投入使用后能夠?yàn)殂@探人員提供鉆孔實(shí)際鉆機(jī)情況，保證鉆孔能夠準(zhǔn)確鉆進(jìn)至積水區(qū)位置，避免了傳統(tǒng)鉆孔施工時(shí)因精度低導(dǎo)致探放水施工不到位、水害隱患大等技術(shù)難題，保證了巷道探放水施工安全，取得了顯著應(yīng)用成效。