鉆孔成像儀在掘進工作面的應用

徐莉軍

（陽泉煤業（集團）有限責任公司一礦， 山西 陽泉 045008）

引言

陽煤一礦是核定生產能力750萬t/年的大型礦井，每年的開掘進尺超過32 000 m，其中包括不同類型和地質資料的巷道。在繁多的巷道施工和支護設計時，需要巷道的地質資料和頂板具體巖性結構進行分析和參考。陽煤一礦原來的頂板探測采用取芯套筒進行采集分析，由于施工復雜，耗費大量人力和物力，且頂板情況復雜多變，巖性松軟破碎等原因，造成取芯效果不佳。不能給巷道的支護設計提供可靠的地質資料，同時也給巷道的頂板管理帶來了困難。為改變這種現狀，陽煤一礦積極試驗并推廣了礦壓鉆孔成像儀，很好地解決了上述問題。

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圖1。其主要用來探測地質構造，如斷層、裂隙；探測煤層及其頂板巖層的巖性、厚度；探測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位、破碎情況，為巷道支護及頂板管理提供依據；探測瓦斯鉆孔、地質鉆孔的鉆孔質量。

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、需要井下探測地質構造的地方。通過CCD將巖層鉆孔內實測圖像，由電纜線傳輸到顯示器并顯示出來，并可用記憶卡將圖像存貯起來。通過計算機對實測圖像的對比，可描述出巷道圍巖離層、錯位、破裂變化情況。

1.3 鉆孔成像儀技術參數

適用孔深為25 m（可測試孔深）；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（可根據需求定制探測軌跡一體儀）；工作電壓為7.2 V（直流），電流為1 000 mA；深度計數精度為1 mm（自動實時顯示探測深度）；供電電源為內置高性能、可充電的鎳氫電池的MH-NI型SP7.2 V。本鉆孔成像儀，不能使用其他型號的電池電源，可連續工作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內存；對特殊位置可以拍攝高清照片；主機長220 mm、寬 140 mm、高 80 mm、重 2.5 kg；探頭直徑 25 mm、長100 mm、重 150 g。

2 使用方法

1）探孔：探孔Φ28 mm以上，深度根據需要打鉆孔。將探頭通過導桿送到孔口。按照螺紋方向，依次連接導桿。

2）攝像：將主機固定在箱體指定位置，將攝像儀連接“攝像/充電”接口，將深度計數器連接“深度/數據”接口，將攝像儀線纜放置在滾輪凹槽內，通過松、緊活動輪固定通訊線纜在凹槽內，并且方向只能是攝像儀探頭朝外，將探頭固定在導桿上，然后按“開機”鍵開機，進入錄像模式待機畫面。

3）錄像模式：將探頭放置鉆孔并安裝好第一根導桿后，在待機畫面，按“錄像”鍵屏幕上閃爍顯示“REC”，表示開始錄像，此時S：xxx-xxx m顯示為初始深度（也可提前手工滑動固定滾輪，使數據復位顯示為S：000-000 m）。探測時只需使通訊線纜帶動深度計數器滑輪轉動，顯示屏即可實時顯示并錄制保存當前巖層狀況及巖層深度，并顯示當前時間及錄制時間。再按“錄像”鍵結束錄像狀態，并自動保存錄制文件。此時恢復到錄像模式待機狀態。

4）拍照功能：在錄像模式待機狀態下，按“選擇/拍照”鍵，可以對當前位置拍照、自動保存圖片，并恢復到錄像模式待機畫面。

5）特別提示：在錄像狀態下禁止直接按“關機”鍵關機，關機請退出錄像狀態。在放像時注意，如果錄像超過30 min，設備自動剪輯成每30 min一個片段。存放期超過3年的產品，在使用前應逐臺檢驗，重新進行出廠檢驗。

3 操作注意事項

在儀器操作的過程中，每操作一個鍵都要等此鍵的功能執行完再操作下一個鍵，操作速度太快會出現死機現象。成像儀不得超量程使用，否則攝像儀出現超程故障。本機采用液晶屏顯示，在觀察時盡量正視觀察窗口。礦用鉆孔成像儀的信號傳輸是通過電纜線進行，攜帶和使用過程中，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。探測完畢，上井后及時將圖像通過計算機取出。取出圖像后，可以將內存的圖像刪除。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 應用情況

鉆孔成像儀在陽煤一礦各類巷道進行了多次探測，在高抽巷對復合頂板進行探測；在回采順槽對煤層頂板進行探測；在動壓巷道進行巖性破碎和圍巖松動圈進行探測；在地質構造段進行巖性分析和含水層探測。通過多次探測和地質資料分析，對掘進工作面頂板基本有了準確完整的判斷，見圖2。為工作面頂板支護設計提供了詳細的地質資料，為礦井的頂板管理，尤其地質構造段的管理提供了依據。

4.2 存在的問題及解決辦法

圖2 頂板鉆孔探測情況

由于鉆孔成像儀為前置攝像頭，在前期應用時，遇到鉆孔有水、煤巖破碎時，造成攝像頭深入孔時被堵，以至無法正常進行探測。對此，要求鉆孔在到位后，需要進行沖洗，并放置不小于2 h，確保孔壁的干凈，方便進行探測。并且在攝像頭的下部安裝導向圈，確保攝像頭在鉆孔中間前行，盡量不接觸孔壁。

5 結語

通過鉆孔成像儀的推廣應用，給巷道頂板的資料分析帶來了便捷可靠的探測設備。鉆孔成像儀可提供清晰直觀的視頻和圖片，可以對巖性資料進行準確翔實的分析，尤其在巖性松軟破碎、巖層層理、節理、裂隙發育和頂板離層等復雜條件下，具有明顯優勢。它和現場工藝配合良好，有很好的適應性，具有一定的推廣價值。