ZXZ20（A）型礦用鉆孔成像儀的應用與分析

梁國華

（陽泉煤業（集團）有限責任公司一礦，山西 陽泉 045008）

陽煤集團一礦位于沁水煤田北端，太行復背斜西翼，礦區位于山西省陽泉市西北部和盂縣東南部，東南距陽泉市10 km，地跨陽泉和盂縣兩市縣。一礦井田位于礦區大單斜的西北部，其構造形態基本上呈一單斜狀，其走向為北西，傾向為南西。沿單斜走向和傾向均發育有次一級的較平緩的褶皺群和層間斷裂構造，局部地段發育有陡傾撓曲，本井田陷落柱較發育，大部為砂巖及泥巖。一礦是陽煤集團的主體礦井，多年來產量保持在700萬t以上，進尺完成30000 m以上。隨著一礦和有關科研院所的合作，在全礦推廣了高預應力錨網支護技術。但多年的頂板巖性探測手段單一，無法及時為工作面提供頂板資料，造成在巷道頂板管理和支護設計上還存在問題。為在巷道施工和支護設計時，提供準確地質資料，對頂板具體巖性結構進行分析和參考，結合推廣高預應力支護和頂板巖性探測的實際情況，一礦試驗推廣了山東尤洛卡礦業安全工程股份有限公司ZXZ20（A）型礦用鉆孔成像儀，取得了很好的效果，為頂板管理和支護設計提供了依據。

1 鉆孔成像儀介紹

1.1 鉆孔成像儀構成

鉆孔成像儀主要由主機、探頭、深度編碼器及若干附件（電纜絞車、視頻電纜、推送桿）組成。井下錄制的鉆孔探測數據，在地面上可以使用USB數據傳輸口傳輸到電腦上，可用于做進一步觀測、分析和研究。裝置組成如圖1所示。

圖1 ZXZ20(A) 礦用鉆孔成像裝置組成

1.2 工作原理

鉆孔成像儀工作時，深度計數器用來記錄探頭在鉆孔內行進的深度，探頭內帶LED白光發光二極管和攝像機，用來攝取孔壁圖像，獲得的視頻信號通過視頻傳輸電纜傳到主機，主機接收深度計數器傳來的深度脈沖信號和探頭傳來的視頻信號，計算探頭所在的深度位置，開始采集后儀器將鉆孔內實際情況進行實時視頻錄制和成圖。

1.3 技術參數

ZXZ20（A）型鉆孔成像儀技術參數見表1。

表1 鉆孔成像儀技術參數

2 應用基本情況

2.1 窺視范圍

根據工作安排和開掘隊組生產窺視需要，分別在下層煤巷、上層煤巷、巖巷及陷落柱構造段進行了窺視作業。

2.2 成像儀操作

（1）先按鉆孔施工要求打好鉆孔，然后根據鉆孔的深度從電纜絞車上放下足夠長度的電纜，再用六芯連接線將電纜絞車上的插座和主機上探頭插座相連接。

（2）將電纜放入深度編碼器的兩根電纜導向柱之間，穿過從動輪和主動輪間的過線槽，卡緊電纜。之后，用五芯連接線將深度編碼器上的插座和主機上深度編碼器插座相連接。

（3）開機，探頭發光，顯示屏點亮，顯示主菜單界面，然后進入到視頻預覽狀態。在探頭剛剛伸入鉆孔內時將深度復位，深度指示清零，將此點作為深度零點，再緩慢推送探頭，探頭慢慢深入到鉆孔內部，仔細觀測鉆孔壁的圖像，在需要錄制圖像時，開始錄制圖像。

（4）探頭在推送的過程中，帶動電纜經過深度編碼器，要保持平穩，速度適中，使得電纜能勻速通過深度編碼器，保證測量的準確性。

（5）探測完畢一個鉆孔，先關機，將探頭從鉆孔中取出，然后整理好設備，結束一個鉆孔的探測。

3 應用效果與分析

綜合鉆孔成像儀的特點和應用情況，主要采集信息形式和功能主要包括視頻、圖片、軟件分析（自動生成巖性柱狀圖），以視頻效果、圖片效果、軟件分析效果進行綜合評價和分析。

3.1 視頻效果

鉆孔成像儀能通過窺視視頻的形式對鉆孔及巖性情況進行分析，從而達到窺視的目的。成像儀探頭為頂部窺視，探頭通過頂部發光，在輸送中窺視鉆孔，頂部式窺視范圍較大，視野相對較廣，對鉆孔的整體窺視效果好。原來的頂板巖性鉆探，無法直觀看到巖性的整體情況，只能通過鉆孔和施工的經驗判斷，對頂板的掌握不夠準確。通過視頻的形式，對頂板的分析更加準確、科學和有針對性。

3.2 圖片效果

鉆孔成像儀自帶拍攝圖片功能，能在鉆孔窺視中，隨時隨地進行抓拍圖片。具體圖片效果見圖2。

圖2 鉆孔成像儀拍攝圖片

3.3 軟件分析效果

鉆孔成像儀中有配套分析軟件，可以對視頻資料進行分析生成參考的鉆孔柱狀圖片。經分析軟件對視頻資料進行讀取，編輯生成柱狀圖。具體柱狀圖見下圖3。在生成的柱狀圖片對比中，圖片清晰逼真，成像效果好，對巖性及鉆孔分析有較好的幫助。

3.4 鉆孔窺視及巖性分析

通過井下窺視作業，以視頻的形式直觀地看到鉆孔情況，能基本了解鉆孔的圍巖、較大的層理、裂隙、破碎等，能大致掌握鉆孔的完整性及破壞情況。而涉及到巖性探測和具體巖性分析等，需要配合已有鉆孔等地質資料進行參考，由人工觀看視頻和軟件生成的圖片進行柱狀圖的繪制和巖性資料分析。

3.5 工程實例

81105工作面回風巷為沿15號煤底板掘進的煤巷，屬于動壓巷道。頂板采用6根21.6×7200 mm錨索支護，配套MS雙速23-120型樹脂錨固劑。在巷道掘進40 m時發現頂板礦壓顯現劇烈、錨索錨注效果不佳的問題，存在多跟錨索預緊力不達標的情況，通過對錨索、樹脂錨固劑的分析和頂板巖性情況的窺視和判斷，發現錨固段巖性為破碎泥巖，穩定性差，對錨注效果造成了影響。后改用8.2 m長錨索，錨固段通過巖性破碎段，實現錨索施工質量達標。

4 結語

通過多次的窺視和對比分析，鉆孔成像儀可以直觀地觀看視頻和拍攝的圖片，可以通過軟件生成的資料對巖性資料進行準確詳實的分析，尤其在巖性破碎、構造區、層理、裂隙發育和頂板離層等復雜條件下，具有明顯優勢。該型號鉆孔成像儀基本上滿足對鉆孔的窺視要求，能掌握鉆孔的完整性及破壞情況，為頂板巖性資料分析和巷道支護設計提供了參考依據。