伦 敏

（晋能控股煤业集团掌石沟煤矿， 山西 高平 048400）

1 掌石沟煤矿15201 回风顺槽概况

掌石沟煤矿15201 回风顺槽位于15 号煤二采区，15201 回风顺槽设计长度为1 400 m，巷道设计断面规格为宽×高=4.2 m×4.0 m，巷道掘进煤层为15 号煤，煤（岩）层总体构造为一向东倾斜单斜构造，走向近南北NE20°～NE30°，倾向NE，倾角0°～4°，平均2°，平均厚度为4.0 m。根据探测资料显示15201 回风顺槽掘进期间顶板含水层主要以K2 石灰岩岩溶裂隙含水层为主，砂岩裂隙含水层次之。K2 石灰岩为15 号煤层顶板，平均厚7.77 m，K2 灰岩以上为泥岩隔水层，单层厚度不等，阻隔或减弱了含水层之间的水力联系，但是由于顶板存在局部破碎或裂隙等现象，可能会在巷道掘进过程中，由于采动影响会造成上部老空水或含水层水导通流至巷道中。

15201 回风顺槽掘进前期，对巷道顶板施工探水钻孔进行放水，钻孔深度为80 m，仰角为20°，钻孔直径为75 mm。钻孔施工期间主要通过人工观察钻孔返煤泥判断孔壁岩性情况及穿层位置，但是传统人工判断误差效果差，且无法对钻孔壁裂隙情况进行分析，导致在前期探放水施工时经常出现钻孔塌孔、钻孔深度不足等现象，严重制约着巷道探放水施工安全。

2 钻孔成像轨迹检测装置介绍

为了实时掌握探水钻孔穿层情况及孔壁岩体情况，15201 回风顺槽在后期探水钻孔施工过程整个采用ZKXG100 型钻孔成像轨迹检测装置进行孔壁岩性观察。

2.1 装置结构

该装置主要由 ZKXG100-Z 主机 1 台、ZKXG100-T/T（A）探头 1 个、ZKXG100-S 深度编码器1 个、矿用电缆线及线架1 套、推杆若干、主机充电器以及USB 数据传输线等部分组成，如图1 所示。

图1 ZKXG100 型钻孔成像轨迹检测装置结构示意图

2.2 主要用途

1）观测矿体矿脉厚度、倾向和倾角，断层裂隙产状及发育情况：探测钻孔空间三维轨迹和钻孔深度及区分矿体、岩体、煤层、夹矸、土层等各种地质结构体。

2）观测和定量分析煤层等矿体走向、厚度、倾向、倾角，层内夹矸及与顶板岩层的离层裂缝程度，含水断层、溶沟溶洞、岩层水流向以及地层岩性和岩体结构构造等。

3）探测煤矿顶板地质构造、煤层赋存、工作面前方断层构造、上覆岩层导水裂隙带等。

2.3 工作原理

1）探头内置高清摄像头和三维电子罗盘，摄像头采集钻孔孔壁图像数据。水平模式下三维罗盘记录探头前进方位角及倾角；垂直模式下三位电子罗盘标注孔壁方位，并补偿由探头旋转造成的角度偏移。深度计数器记录探头所在位置深度。

2）主机将探头采集到的孔壁图像展开按深度一帧一帧拼接成孔壁展开图，记录对应深度的三维坐标角度信息，存储为.TCD 成像轨迹文件；监视窗口视屏信号转存为.H264 文件。

3 ZKXG100 型钻孔成像轨迹检测装置应用

3.1 装置参数设置

1）将ZKXG100 型钻孔成像轨迹检测装置中探头连接到信号接口；深度计数器滑轮连接到深度接口，并将探头穿过深度计数器并卡紧压线轮；按钻孔实际信息输入钻孔编号和钻孔直径，若钻孔编号长度小于8 个字符，后面三位为数字字符。

2）脉冲距离为深度计数器滑轮每转动1°探头前进的距离，缺省值（默认值）为0.691 m，其随滑轮直径和线缆直径变化而变化。修正方法如下：从绞车上精确地量出一段10 m 长的线缆，在线缆上做好首尾两处标记。然后架起三角支架，并装上滑轮，让线缆穿过滑轮。接着，将线缆从事先做好标记的一端放至另一端，观察屏幕上显示的深度数据的变化，记录线缆两处标记的两个读数相减后即为本机计量长度如上页图1 所示，假设为L。如果L＝1 000 cm，则表示计量值准确，无需进行校准；否则，则应返回到“参数设置”菜单，修改脉冲距离值，计算公式为修改值＝预设值×1 000/L。

3）初始深度按照探头实际位置输入，若在孔口则输入0。角度误差为罗盘安装误差，其修正方法如下：用A4 纸画一同心圆并用地质罗盘校正正北，探头设置为垂直状态下，图像正上方对准正北，此时方位角理论显示为0°，若大于0°则输入方位角显示实际值，若小于0°则输入方位角-36°。

4）罗盘状态的设置：若钻孔角度大于75°，设为垂直模式；若钻孔角度小于75°，则设为水平模式。

3.2 图像采集

1）主界面上点击图像采集按钮，选择是否启用罗盘即可进入采集界面；点击开始拼接、开始录像，缓慢匀速推进推杆。

2）点击亮度进入亮度调节顺时针旋转光电旋钮亮度变低，逆时针旋转光电旋钮增强亮度，再次点击退出；点击截图抓拍关键位置，探头到孔底时点击停止录像，点击退出采集返回主界面。

3.3 注意事项

1）Φ24 探头适用于 Φ30～45 mm 直径钻孔，Φ40探头适用于Φ45～100 mm 直径钻孔。当孔径和探头直径相差较大时需加居中器，或将绝缘胶布缠绕在探头前端，使探头居中，以便采集到较好的孔壁图像。

2）当孔内和外部温差较大时，探头玻璃窗易起水雾。可以先将探头放入孔内10 min 左右以便探头适应孔内温度，或者将探头放入热水中侵泡2 min。

3）拼图时必须确保深度计数器不移动，否则可能会造成图像扭曲和深度不准；连接推杆时前面一根推杆需固定不动，转动后面一根推杆旋紧。

4）采集速度控制在1～2 m/min，匀速推进，否则会导致图像拼接不连续而出现黑色的条带，若出现上述情况，请将探头回拉，待拼接图像将黑色条带覆盖后方可继续往前推探头。

4 应用效果

掌石沟煤矿对15201 回风顺槽后期掘进探水钻孔施工过程中采用了ZKXG100 型钻孔成像轨迹检测装置，通过2 个月实际应用效果来看，该装置应用方便、检测精度高，便于钻孔施工人员实时掌握孔壁岩性，有效保证了掘进巷道探放水施工安全。该装置已在其他煤矿得到推广应用。