ZXZ20（A）型矿用钻孔成像仪的应用与分析

梁国华

（阳泉煤业（集团）有限责任公司一矿，山西 阳泉 045008）

阳煤集团一矿位于沁水煤田北端，太行复背斜西翼，矿区位于山西省阳泉市西北部和盂县东南部，东南距阳泉市10 km，地跨阳泉和盂县两市县。一矿井田位于矿区大单斜的西北部，其构造形态基本上呈一单斜状，其走向为北西，倾向为南西。沿单斜走向和倾向均发育有次一级的较平缓的褶皱群和层间断裂构造，局部地段发育有陡倾挠曲，本井田陷落柱较发育，大部为砂岩及泥岩。一矿是阳煤集团的主体矿井，多年来产量保持在700万t以上，进尺完成30000 m以上。随着一矿和有关科研院所的合作，在全矿推广了高预应力锚网支护技术。但多年的顶板岩性探测手段单一，无法及时为工作面提供顶板资料，造成在巷道顶板管理和支护设计上还存在问题。为在巷道施工和支护设计时，提供准确地质资料，对顶板具体岩性结构进行分析和参考，结合推广高预应力支护和顶板岩性探测的实际情况，一矿试验推广了山东尤洛卡矿业安全工程股份有限公司ZXZ20（A）型矿用钻孔成像仪，取得了很好的效果，为顶板管理和支护设计提供了依据。

1 钻孔成像仪介绍

1.1 钻孔成像仪构成

钻孔成像仪主要由主机、探头、深度编码器及若干附件（电缆绞车、视频电缆、推送杆）组成。井下录制的钻孔探测数据，在地面上可以使用USB数据传输口传输到电脑上，可用于做进一步观测、分析和研究。装置组成如图1所示。

图1 ZXZ20(A) 矿用钻孔成像装置组成

1.2 工作原理

钻孔成像仪工作时，深度计数器用来记录探头在钻孔内行进的深度，探头内带LED白光发光二极管和摄像机，用来摄取孔壁图像，获得的视频信号通过视频传输电缆传到主机，主机接收深度计数器传来的深度脉冲信号和探头传来的视频信号，计算探头所在的深度位置，开始采集后仪器将钻孔内实际情况进行实时视频录制和成图。

1.3 技术参数

ZXZ20（A）型钻孔成像仪技术参数见表1。

表1 钻孔成像仪技术参数

2 应用基本情况

2.1 窥视范围

根据工作安排和开掘队组生产窥视需要，分别在下层煤巷、上层煤巷、岩巷及陷落柱构造段进行了窥视作业。

2.2 成像仪操作

（1）先按钻孔施工要求打好钻孔，然后根据钻孔的深度从电缆绞车上放下足够长度的电缆，再用六芯连接线将电缆绞车上的插座和主机上探头插座相连接。

（2）将电缆放入深度编码器的两根电缆导向柱之间，穿过从动轮和主动轮间的过线槽，卡紧电缆。之后，用五芯连接线将深度编码器上的插座和主机上深度编码器插座相连接。

（3）开机，探头发光，显示屏点亮，显示主菜单界面，然后进入到视频预览状态。在探头刚刚伸入钻孔内时将深度复位，深度指示清零，将此点作为深度零点，再缓慢推送探头，探头慢慢深入到钻孔内部，仔细观测钻孔壁的图像，在需要录制图像时，开始录制图像。

（4）探头在推送的过程中，带动电缆经过深度编码器，要保持平稳，速度适中，使得电缆能匀速通过深度编码器，保证测量的准确性。

（5）探测完毕一个钻孔，先关机，将探头从钻孔中取出，然后整理好设备，结束一个钻孔的探测。

3 应用效果与分析

综合钻孔成像仪的特点和应用情况，主要采集信息形式和功能主要包括视频、图片、软件分析（自动生成岩性柱状图），以视频效果、图片效果、软件分析效果进行综合评价和分析。

3.1 视频效果

钻孔成像仪能通过窥视视频的形式对钻孔及岩性情况进行分析，从而达到窥视的目的。成像仪探头为顶部窥视，探头通过顶部发光，在输送中窥视钻孔，顶部式窥视范围较大，视野相对较广，对钻孔的整体窥视效果好。原来的顶板岩性钻探，无法直观看到岩性的整体情况，只能通过钻孔和施工的经验判断，对顶板的掌握不够准确。通过视频的形式，对顶板的分析更加准确、科学和有针对性。

3.2 图片效果

钻孔成像仪自带拍摄图片功能，能在钻孔窥视中，随时随地进行抓拍图片。具体图片效果见图2。

图2 钻孔成像仪拍摄图片

3.3 软件分析效果

钻孔成像仪中有配套分析软件，可以对视频资料进行分析生成参考的钻孔柱状图片。经分析软件对视频资料进行读取，编辑生成柱状图。具体柱状图见下图3。在生成的柱状图片对比中，图片清晰逼真，成像效果好，对岩性及钻孔分析有较好的帮助。

3.4 钻孔窥视及岩性分析

通过井下窥视作业，以视频的形式直观地看到钻孔情况，能基本了解钻孔的围岩、较大的层理、裂隙、破碎等，能大致掌握钻孔的完整性及破坏情况。而涉及到岩性探测和具体岩性分析等，需要配合已有钻孔等地质资料进行参考，由人工观看视频和软件生成的图片进行柱状图的绘制和岩性资料分析。

3.5 工程实例

81105工作面回风巷为沿15号煤底板掘进的煤巷，属于动压巷道。顶板采用6根21.6×7200 mm锚索支护，配套MS双速23-120型树脂锚固剂。在巷道掘进40 m时发现顶板矿压显现剧烈、锚索锚注效果不佳的问题，存在多跟锚索预紧力不达标的情况，通过对锚索、树脂锚固剂的分析和顶板岩性情况的窥视和判断，发现锚固段岩性为破碎泥岩，稳定性差，对锚注效果造成了影响。后改用8.2 m长锚索，锚固段通过岩性破碎段，实现锚索施工质量达标。

4 结语

通过多次的窥视和对比分析，钻孔成像仪可以直观地观看视频和拍摄的图片，可以通过软件生成的资料对岩性资料进行准确详实的分析，尤其在岩性破碎、构造区、层理、裂隙发育和顶板离层等复杂条件下，具有明显优势。该型号钻孔成像仪基本上满足对钻孔的窥视要求，能掌握钻孔的完整性及破坏情况，为顶板岩性资料分析和巷道支护设计提供了参考依据。