钻孔成像技术在煤矿巷道支护中的应用研究

四、 效 益及应 用情 况
～
构体并进行定量分析。可 以有效探测煤层产状 、 厚 度等赋存情况 ， 指导合理科学地组织生产 ； 通过对 同一 钻 孔 的周 期性 对 比观 测 成像 ， 可 以揭示 煤 层 巷 道围岩节理 、 断层和裂隙等发育变形情况 ， 预测巷道 顶板离层垮 冒、 巷道失稳等地下灾害的发展趋势 ， 为 采取科学有效的预防处理措施提供参考，降低开采 风 险和生 产成本 ； 可 以对巷 道 的支护设 计 、 围岩 注浆 加固及巷道修复等的有效性进行评估并提供真实有 效的技术数据 ， 提高煤矿井下生产的安全性。
杆 材 质 为左 旋 无 纵 筋 螺 纹 钢 ，锚 杆 间 排 距 为 ８ ０ ０ ａ ｒ ｍ× ８ ０ ０ ａ ｒ ｍ， 锚杆参数为 ： ２ ２ ×１ ８ ０ ０ ｍ ｍ， 端头
锚 固 。支 护后 巷 道变 形破 坏 严 重 ， 巷 道 围岩 的顶 底 板 和两 帮变形 情况 如 图 １ 所 示 。由 图 １ 可 以看 出巷 道变 形 量大 ，且 顶底 板移 近量 远大 于 两 帮 移近 量 ，
第２ ６ 卷
・
第４ 期
煤炭 生产 与管理 ・
钻孔成像技术在煤矿巷道支护中的应用研究
姚 建忠 白佳 鹏
（ 同煤集团大唐塔 山煤 矿有 限公 司， 山西 大同 ０ ３ ７ ０ ０ １ ）
【 摘 要】本文针对塔山煤矿二盘区 ８ ２ １ ２ 工作面切眼及顺槽巷道顶板破碎， 采用普通锚杆支护后巷道变形量大
的锚 固作用 。
一
无法保证矿井高效安全生产。
、
工 程概 况
图 １ 巷 道 围 岩移 近量
塔 山煤矿位于 山西省大 同市 区南 ３ ０ ｋ ｎ处 ， ｉ 该 矿 由大同煤业 股份有限公 司、 大唐 国际发电股份有 限公 司 、 大同煤矿集团有限责任公司三方股东共同 投 资组建 。矿井 于 ２ ０ ０ ３年 ２ 月 开 工建设 ， ２ ０ ０ ６年 ７ 月试产出煤 ， 设计生产能力 １ ５ ０ ０ 万吨。 二盘区 ８ ２ １ ２ 工作 面东 以二盘区辅运 巷为界 ，北东相邻 ８ ２ １ ０工 作 面 ，位 于 １ ０ ７ ０ ｍ水平 ，工作 面对 应 地 面标 高 １ ４ ０ ８ — １ ５ ７ ３ ． ４ ｍ， 走 向长度 ２ ６ ２ ５ ｍ， 倾斜长度 ２ ３ ０ ｍ， 面 积６ ０ ２ ６ １ ９ ｍ ２ ， 煤层厚度 ７ ． ２ ５ ～ ２ ０ ． １ ９ ｍ， 平均 １ １ ． １ ７ ｍ，
３ ～ ５ ｏ， 地质构造较复杂 ， 采用综采放顶煤一次采全 高的采煤方法， 工作面采用一进二 回三巷布置。 ８ ２ １ ２ 工作面顺槽原支护方案为 ：锚杆支护 ， 锚
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ３ － ０ ９ — １ ３
作者简介 ： 姚建 忠（ １ ９ ７ ３ 一 ） ， 男， 山西静乐人 ， 同煤集 团大唐塔 山煤矿综采二队书记 ， 助理工程师 。
前探测孔： 揭示超前探测孔所在的煤层和岩层结构的 完整性， 定量分析断层等构造体的产状和含水体的位 置、 范围等 ； （ ４ ） 煤层勘探孔： 观测和定量分析煤层走 向、 厚度、 倾 向、 倾角及煤层 内离层裂缝程度等。
三、 钻 孔成像 技术 应 用结果 分析
（ 二） 钻孔成像技术的使用 ， 大大降低 了巷道用 化学粘接材料 的使用量 ，节约支护成本费用 １ ０ ０ ０
报， ２ ０ ０ ８ ， （ ８ ） ．
【 ３ 】 张 农， 王保贵 ， 郑西贵等． 千米深井软 岩巷 道二次支护 中的注浆加 固效果分析Ⅱ 】 ． 煤炭科 学技
术， ２ ０ １ ０ ， （ ５ ） ．
【 ４ 】 于师建 ， 程 久龙 ． 采 矿 工程 围岩 移动破 坏 综合 探 测技 术 ［ Ａ】 ． 山 东省地 球 物 理 六十 年 学 术 交流会 论
多万元 。
（ 三） 节 约 了巷 道维 修成 本 和 人员 投 入 ， 杜 绝 了
在工作面推进过程中通过在顺槽顶板打钻孔 ， 然后 每 ３天通过钻孔成像仪对顶 板钻孔 内煤岩体 裂 隙发 育 情 况 进 行 观 测 一 次 。上 顺 槽 中距 开 切 跟 １ ４ ５ ｍ处 的顶板 钻 孔 窥视 照 片 如 图 ３所示 。 由图 可 以看 出， 工作面顺槽顶板 ０ ． ９ ｍ 以内煤层较破碎 ， 裂 隙较为发育 ， 离层明显 ， １ ． ０ ２ ． ４ ｍ处煤体坚硬完整 ， 无离层 ， ２ ． ４ ～ ２ ． ８ ５ ｍ处 煤质 较 为 疏松 ，有 裂 隙发 育 ， ２ ． ８ ５ ～ ３ ． ５ ｍ处煤体 坚硬完 整 ， ３ ． ５ ３ ． ７ ｍ处 煤 体 疏 松 破碎 ， ３ ． ７ ～ ５ ． ２ ｍ煤体完整 ， ５ ． ２ ～ ５ ． ８ ｍ处煤体破碎 ， 有 离层 ， ５ ． ８ ～ ６ ． ７ ｍ煤体坚硬完整。 通过分析可知顶板 ０ ． ９ ｍ以内煤体较疏松破碎 ， 不 易 控 制 ，顶 部 ２ ． ４ — ２ ． ８ ５ ｍ处煤 质疏 松破碎 ， ３ ． ７ ～ ５ ． ２ ｍ处煤体坚硬完整。因此将原顶板支护方案 改 为 ：锚杆参 数 为 ： ２ ２×２ ５ ０ ０ ｍ ｍ，锚杆 间排 距 为 ８ ０ ０ ｍ ｍ ×８ ０ ０ ｍ ｍ，全 长 锚 固 ，并 加 设 １ ７ ． ８ Ｘ
的问题 ，提 出了采用钻孔成像技 术对巷道顶板 围岩进行 了窥探 ，发现巷道顶板 围岩中 ０ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ． ９ ｍ以内煤体较 疏松破碎 ， ２ ． ４ ～ ２ ． ８ ５ ｍ处煤质疏松破碎 ， ３ ． ７ ～ ５ ． ２ ｍ处煤体坚硬完整 ，因此将支 护方 案改为采用 ２ ２× ２ ５ ０ ０ ａ ｒ ｍ锚杆 ，问排距为
３１
号电缆和推杆等附件。
４ ３ ０ ０ ａ ｒ ｍ锚索 ， 锚索排距 １ ８ ０ ０ ａ ｒ ｍ， 确保将顶板锚 固 在稳定煤层中 ， 并对顶板进行喷浆加固 ， 以对顶板 表面的破碎煤体进行加固 ，防治风化进一步破碎 ，
防止 出现 漏 顶 。
采 用 该方 案支 护 后巷 道 顶 板 变形 量 大 大减 小 ，
稳 定层位 中 ， 保 证顶 板 安全 。
揭示锚杆锚索钻孔所穿越的煤层结构和人岩深度 ， 根 据 煤层 结 构选 取 合适 的锚 固方式 和 长度 ， 预测 锚
固效 果 ； （ ２ ） 观测 瓦斯 排放 孔 ： 揭 示 瓦斯 排 放孔 所 穿 越 的煤层和岩层结 构 ， 评价 瓦斯排放效果 ； （ ３ ） 观测超
煤层过程中 ， 由于受地质构造及相邻工作面采动影 响， 巷道在掘进过程 中顶煤疏松破碎 ， 局部顶板发
生 冒落 ， 采用普通支护参数 的锚杆支护方案无法对 巷道 围岩进行有效控制 ， 为确保安全生产 ， 需要对 巷道支护参数进行调整 。采用钻孔成像技术对顶板
煤岩层破碎情况进行观测 ， 以便能够掌握不同位置 巷道 围岩 的破碎情 况 ，以便及 时调整锚杆支护参 数， 使锚杆锚 固在稳定岩层 中， 有效发挥其对 围岩
文集， ２ ０ ０ ９ ．
煤 层 结 构 较 复 杂 ，变 异 系数 为 ２ ２ ． ９ ９ ％，煤 层倾 角
二、 钻 孔成像 设 备概 况
钻孔成像设备采用 Ｃ Ｘ Ｋ ６ 矿用本安型钻孔成像 仪， 该设备是为适应煤矿井下工作环境而特制的一 套钻孔全景成像设备 ， 仪器采用先进 的图像采集 与 处理技术 ， 系统高度集成 ， 探头全景成像 ， 图像 实时 自动提取匹配拼接 ， 图像清晰逼 真 ， 可对所有 的观 测孔全方位 ， 全柱面观测成像 ， 系统组成如 图 １ 所 示 。Ｃ Ｘ Ｋ ６ 矿 用本安型钻 孔成像 仪系统 主要包括 Ｃ Ｘ Ｋ ６ 一 Ｚ矿用本安型钻孔成像仪主机 、 Ｃ Ｘ Ｋ 一 １ ２ Ｔ矿 用本安型钻孑 Ｌ 成像仪探头 、 Ｃ Ｘ Ｋ 一 ５ Ｓ 矿用本安型钻 孔深度计数器等主要部件 ，以及视频传输 电缆 、 信
该 系 统 主要 用 途有 ： （ １ ） 观测锚杆 、 锚索钻孔 ：
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图３ ８ ２ １ ２工 作 面上 顺 槽 距 开 切 眼 １ ４ ５ ｍ 处钻 孔 窥视 图
该技术具有很好的经济价值 和社会意义 ， 可为 同类条件矿井巷道支护提供经验借鉴。 （ 一） 通 过 使 用 钻孔 成 像 技 术 对 顶 板 破 碎 段 巷 道进行观测 ，掌握了巷道 围岩的节理裂 隙发育情 况， 调整巷道支护参数 ， 可以保证锚杆 （ 索） 锚固在
８ ０ ０ ｍ ｍ× ８ ０ ０ ｍ ｍ ， 全长锚固 ， 并加设 １ ７ ． ８ × ４ ３ ０ ０ ａ ｒ ｍ锚索， 锚索排距 １ ８ ０ ０ ａ ｒ ｍ 。支护后巷道围岩变形量小 ， 巷道稳定 。 【 关键词 】 煤炭生产 钻孔成像 巷道围岩变形 锚杆 支护设计
【 中图分类号】 Ｔ Ｄ ３ ５ ３
【 文献标识码】 Ａ
【 文章编号】 １ ０ ０ ８ — ８ ８ ８ １ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ４ — ０ ０ ３ １ － ０ ２
在 进 行 巷 道 锚 杆 支 护 时应 尽 量 让 锚 杆 终 端 处 于稳定的煤岩体 中， 才能有效发挥锚杆支护的悬 吊 和加 固破 碎 围岩 的作用 。塔 山矿 在开 采石 炭二 叠纪
３ ２
采煤工作和维修巷道的相互影响 ， 提高了生产效率。
【 参考文献 】 【 １ 】 朱术云， 曹丁涛， 岳尊彩等． 特厚煤层综放采 动底 板 变形破 坏 规律 的 综合 实测 Ｕ 】 ＿ 岩 土工程 学报 ，
２ ０ １ ２ ， （ １ ０ ） ．
［ ２ 】 李术才， 王汉鹏 ， 钱七虎等． 深部巷道 围岩分 区破 裂化现 象现场监 测研 究Ｕ ］ ． 岩石力学与工程 学
图２ Ｃ Ｘ Ｋ ６矿 用 本 安型 钻 孔 成 像 仪 结构
本 系统不仅能实时直观地观测到钻孔 内的各 种结 构 构造 ， 而 且 能将 整个 钻 孑 Ｌ 进 行 成像 并 展 开 成