金钟煤矿对钻孔成像轨迹测量装置的应用

金钟煤矿对钻孔成像轨迹测量装置的应用

赵代雨

  金钟煤业有限公司金钟煤矿  四川 宜宾  645263

摘要：煤矿地质资料的收集为煤矿安全生产的重中之重，金钟煤矿采用ZKXG100矿用钻孔成像轨迹测量装置的实际应用。本文主要介绍钻孔成像轨迹测量装置的组成、测量范围、使用步骤，结合金钟煤矿实测钻孔轨迹、图像分析巷道掘进前方煤层赋存情况的案列，对矿井地质资料和指导安全生产提供有益经验。

关键词：钻孔轨迹；钻孔成像；煤矿地质；煤层赋存

在矿井生产过程中，特别是巷道掘进前，煤矿地测部门往往要先到现场收集地质资料，包括收集现场地质构造，施工的地质钻孔等资料来编制地质预测预报，指导后续生产建设工作。这个过程中地质资料精准度尤为重要。而我国大部分煤矿使用的传统钻机都不具备测量钻孔倾角、方位角等测斜功能，通常是在施工完成的钻孔中重新下入测斜仪进行钻孔轨迹测量[1-3]。实践表明，钻孔施工深度越大，施工越困难[4]，特别是在一些坚硬煤系地层中施工时，钻孔轨迹偏差就越大，钻孔竣工情况与实际偏差可想而知。现场地质构造情况可以通过加大观测频次或多人多次复核来提高精准度，而地质钻孔资料则需要使用钻孔轨迹测量仪测定才能提高地质资料的精准度。

筠连县金钟煤业有限公司金钟煤矿位于洛木柔复式背斜南翼中段，呈一单斜构造。地层走向近东西向，岩层倾向345～360°，倾角13～15°，矿区内无大型断裂构造，但在矿区西翼边缘地带地表发育3条小型断层（F267、F268、F269），区内另有隐伏断层发育（f0、f1、f2），对煤层局部开采具有一定影响。针对上述问题，我矿采用ZKXG100矿用钻孔成像轨迹检测装置实测钻孔轨迹，根据施钻时见煤岩位置记录，综合分析确定前方地质及煤层赋存情况。

1 设备介绍

ZKXG100矿用钻孔成像轨迹检测装置是一款对钻孔进行全面检测的高科技设备，产品集钻孔拍照、窥视(录像)、成像和轨迹测量等功能于一体，一次测试，完成以前四次测试的工作量，同时可以获取钻孔动态录像视频、局部高清照片、全孔壁展开平面图和钻孔空间轨迹，高效快捷。仪器以低功耗嵌入式双核处理器为核心，配以高清高线数摄像机和军工级高精度空间角度测量器件，辅之以先进的控制算法和图像处理算法等软件系统，同步实现全部功能。产品设计充分考虑煤矿井下实际工作环境，力求操作简便，系统性能稳定，简单可靠。

2 产品组成与关联

ZKXG100矿用钻孔成像轨迹检测装置由ZKXG100-Z矿用钻孔成像轨迹检测装置主机、ZKXG100-T/ T(B)矿用钻孔成像轨迹检测装置探头、ZKXG100-S矿用钻孔成像轨迹检测装置深度编码器等组成，其防爆型式均为“Exib I Mb”。

主机与探头通过长度为100m的矿用专用电缆连接，主机与测深器通过长度为3m的电缆连接。仪器组成设备明细表见表1。

表1  组成清单

3 结构特征和工作原理

3.1仪器工作机理

ZKXG100矿用钻孔成像轨迹检测装置主要包括ZKXG100-Z矿用钻孔成像轨迹检测装置主机、ZKXG100-T/T(B)矿用钻孔成像轨迹检测装置探头、ZKXG100-S矿用钻孔成像轨迹检测装置深度编码器等主要部件，以及视频传输电缆、信号电缆和推杆等附件。测深器用来记录探头在钻孔内行进的深度。ZKXG100-T/T(B)矿用钻孔成像轨迹检测装置探头内置LED白光发光二极管(带 亮度调节电路)和摄像机，用来摄取孔壁图像，内置高性能三维电子罗盘，用来测量探头所在位置的钻孔方位角和倾角。探头内的视频信号、控制信号和罗盘数字信号通过矿用本安型通讯电缆传到主机，主机接收探头信号和测深器的深度脉冲信号，计算探头所在的深度位置，并对视频信号进行图像录像、匹配拼接等处理。录像装置可以全孔录像，也可以局部录像。录像与图像匹配拼接同步进行。随着探头不断往孔内行进，整个孔壁就会自动匹配拼接成一幅完整的平面展开图。

主机在对图像进行处理的同时，显示实时监视图像和拼接后的展开图，可以切换显示钻孔轨迹投影图。对保存的数据可以进行回放浏览，与PC机连接后，仪器可以作为U盘使用，很方便地进行文件传输(复制粘贴)。

3.2装置组成

ZKXG100矿用钻孔成像轨迹检测装置系统由“井下”和“室内”两部分组成，“井下部分”是主要包括ZKXG100-Z矿用钻孔成像轨迹检测装置主机、ZKXG100-T/T(B)、ZKXG100-S矿用钻孔成像轨迹检测装置深度编码器等主要部件，以及矿用电缆和推杆等附件，井下设备均为本质安全型设计，并通过了行业相应机构的防爆性能检测, “室内部分”是由微型计算机(主频1GHz 以上) 、打印机、专用充电器和资料分析及处理软件组成，构成了一个完整的图像采集与信号分析处理系统，其任务是把现场采集的图像进行计算、显示、存贮、通信、处理分析和打印成图。 ZKXG100矿用钻孔成像轨迹检测装置系统结构如图1所示。

图1 系统组成方框图

4 钻孔成像轨迹检测装置使用步骤

4.1 检测矿井西翼运输大巷2号钻孔。

4.2 将探头、深度编码器与主机连接后开机，设置检测参数。

4.3 使用连接不锈钢推杆将探头以1.0～1.5m/min的速度推入钻孔深部；探头推入钻孔终孔位置后保存资料，撤出探头。

4.4 资料处理、出图。

5 钻孔成像轨迹检测装置运用成果

5.1 2号钻孔施工结束后，使用钻孔成像轨迹检测装置进行检测，验证了钻孔设计参数与钻孔形成后的偏差，详见图2。

图2  钻孔轨迹信息图

5.2 根据钻孔成像资料分析，钻孔共揭露2层煤，钻孔19米位置揭露第一层煤，煤层厚度为0.28米，钻孔24米位置揭露第二层煤，煤层厚度为0.4米；共有7处破碎段。

6 结语

ZKXG100矿用钻孔成像轨迹检测装置操作简单，性能稳定，受影响因素少，可直接通过软件测绘出钻孔的轨迹、钻孔剖面图。根据实测钻孔轨迹结合施钻时见煤位置综合分析，结合钻孔见煤倾斜长度与煤层实际倾角确定煤层厚度；根据岩层破碎情况、破碎位置为巷道支护设计、施工提供准确依据。从而减少“废巷”工程的产生，减少煤炭资源损失，也为矿井地质工作和指导安全生产提供有益经验。

参考文献

[1]姜根慧.矿用钻机钻孔轨迹及工况参数监测系统的设计[J].自动化应用,2019(1):62－63．

[2]成轶斌.YZG7. 2随钻轨迹测量系统在什林煤业的应用[J].电子技术与软件工程,2015(5) : 100－198．

[3]孙荣军.国产随钻测量定向钻进系统在宁夏汝箕沟煤矿的应用[A].中国煤炭学会.第六届全国煤炭工业生产一线青年技术创新文集[C].北 京:中国煤炭学会,2011:8.

[4]罗飞,杜月亮,龙声德,罗国勇,汤富勇.ZXC1000矿用钻孔测斜仪在松河煤矿的应用[J].山西焦煤科技,2021,45(04):37-39+48.

[5]曾海彬,吴宗成.矿用钻孔轨迹测量仪在昭通市广丰煤矿地质找煤中的应用.工程管理前沿，2022:8．

作者姓名：赵代雨，1993.9-，男，汉，四川宜宾人，2017年1月毕业于西安科技大学，煤炭开采技术专业，专科学历，助理工程师职称；现在筠连县金钟煤业有限公司金钟煤矿，从事煤矿技术管理工作。

工作单位：金钟煤业有限公司金钟煤矿

单位邮编：645263