电视成像技术在“两带”高度探测中的应用.pdf

2 0 1 0 年 第2 期 东 媳茬 斜技 5 电视成像技术在“ 两带“ 高度探 测中的应 用 张志华， 梁洪光， 林 乐顺 山东省滕 州监狱 。 山东 滕州2 7 7 5 2 1 摘要电视成像技术在煤矿两带高度观测中的应用， 其方法具有有成本低、 效果直观、 观测连续并可多次重复观察验证等优点。该文对该先 进技术在武所屯生建煤矿应用所取得的经验和效果进行了全面总结， 所获成果对类似埋藏条件的煤矿确定开采具有指导和应用价值。 关键词 电视成像技术 两带观测 开采上限 中圉分类号 T D1 6 3 ． 1 文献标识码B 武所屯煤矿位于滕县煤田滕北矿区的东南部 ， 受 构造影响， 浅部主采的 l 2 下煤与上覆侏罗系、 第四系含 水层间距小至0 5 0 m， 为了提高开采上 限、 解放煤炭 资源， 需要准确测定两带高度。该矿引进井下电视成 像技术进行实测 ， 顺利采出了八采区的 1 2 下煤， 将开采 上限提高到 2 0 m保护煤柱。 1 八 采 区 1 2 煤 的 覆岩条 件 武所屯煤矿八采 区位于矿井 的最浅部 ， 八采 区 1 2 下煤埋深5 O- 4 ． 6 m， 其覆岩由上而下为第 四系松散 层厚 3 0 ． 9 0 5 2 m； 侏罗系砂砾岩厚 0 3 3 ． 2 m； 太原组 煤系地层 l 2 卞煤 以上残留岩石以砂泥岩为主， 厚 0 6 9 ． 3 m。侏罗系砂砾岩含水层、 第四系底部砂层水均 有成为 l 2 煤直接充水含水层的可能。根据深部三采 区侏罗系含水层长观孔观测， 静水位已降为 一 4 0 ． 8 9 m， 故八采上部侏罗系含水大部被疏干， 因此本区防治水 重点是防止第四系底部含水层的泥沙溃入井下。 2电视成像技术的应用 2 ． 1 电视 成像 进行 两 带观测 的原 理 电视成像探测技术是一种较为形象直观的成像探 测技术。主要是通过探头在钻孔中任意位置获得图像 信息， 输送到计算机或电视屏幕上 ， 直接观测钻孔中的 收稿 日期 2 0 0 91 1- 2 7 作者简介 张志华 1 9 7 1 一 ， 山东诸城人， 1 9 9 4 年毕业于河北煤炭 建筑学院采矿系采煤专业， 工程师， 现任武所屯生建煤矿采煤工区区 长， 已发表论文多篇。 裂隙发育情况和破坏深度， 实现两带观测的精确定位。 2 ． 2 电视成像在井下方案设计与观测 2 ． 2 ． 1 探 测孔 布置 设计确定在 1 2 8 0 2工作面设 5个测点， 如图 1 1 2 8 0 2工作面“ 两带” 观测钻孔有关数据为 钻孔倾角 I 、 2 、 3 、 4号孔倾角均为 8 O 。 ， 均 向工作 面内侧倾斜。5 号孔设在 1 2 8 0 2上巷道的外侧 ， 该孔滞 后工作面推进后 的 4 0 m左 右位置 开始打钻， 钻孔 向 1 2 8 0 2工作面采空区侧倾斜 8 O 。 。 ■ ． Y ． 善 耋 蓦 襄 誊 ； ； 善 ； i 嚣 薹 ． 囊 姜 誉 ； 蚓 鞑 图 1 两带观 测钻 孔布置 图 钻孔间距 l 、 2号孔间距为 l O m， 3 、 4号孔 间距为 l O m， 3 、 5孔间距为 1 4 m。1 、 3号孔均超前工作面4 0 5 0 m掘进， 其超前距主要取决于工作 面推进度和钻孔 的钻进速度 ， 以可进行观测为准。 钻孔深度 钻孔深度确定的原则 以不进入第四系 底界面粘土层为准 ， 不破坏粘土层， 不进入流砂层。各 孔基本情况见表 1 。 表 1 各探测孔基本情况 孔号 1 号 2号 3号 4号 5 号 孔深 m 3 6 ． 0 3 1 ． 0 2 9 ． 0 2 8 ． 5 2 2 ． 5 l 2煤标高 m - 4 6 ． 8 5 46． 9 0 4 1 ． 9 l - 4 1 ． 0 3 4 3 ． 1 3 1 2 煤 一 Q间距 m 3 5 ． 7 3 0 ． 3 9 2 8 ． 2 0 2 7 ． 9 2 2 ． 3 4 4 技 术经 济 分析 该面在应用走向长壁采煤法以来， 实现了安全、 高 产高效 ， 回收率高。现工作面月产 1 ． 8万 t ， 与刀柱相 比月提高产量 1 ． 4万 t ； 提高了回采率， 回采率达到了 9 5 ％， 而刀柱回采仅为6 0 ％。现累计生产原煤 2 2万 t ， 比刀柱 回采多 回收煤炭 8 ． 0万 t ， 多创收 1 4 3 2万元。 此采煤法应用成功为对二、 六采区大倾角、 厚煤层回采 提供了保证。 6 钱晨 科技 2 0 1 0 年 第2 期 2 ． 2 ． 2 仪 器 的安装 与调试 首先在钻孔端部锚固固定装置， 钢丝绳穿过在固 定装置上设置的滑轮， 并与孔 口处滑轮相连， 形成柔性 升降装置。如图2 所示。成像仪探头固定在一侧钢丝 绳上 。 2 ． 2 ． 3 图像 的采集 图像采集分几步进行 1 先升降图像探头沿整 个钻孔往返 1 2次 ， 从 宏 观上 获得 整 个钻 孔 围 岩情 况； 2 分析整个钻孔资料信息， 对发生采动影响的突 出部位进行定位采集图像； 3 将获得大量图像信息 进行归纳汇总存档， 注明每幅图像采集时间、 地点、 层 位等等， 为后续分析对比保留可靠的基础依据； 4 分 析、 对比采集图像， 然后确定“ 两带” 高度分布范围。 图2 仪器升降装置 3 探 测成 果与 分析 巩 _ 4 ． 0 1 1 7． 7 6 m ～1 3． 7 6 1 0 ∑ 5 1 5 ． 9 5 m 2 计算确定导水裂隙带高度为 l 3 ． 7 61 7 ． 7 6 m， 与 实测数据 1 41 6 m基本吻合 ， 符合我国同类岩性大量 统计数据。 2 0 0 0年 1 0月提交的 武所屯生建煤矿八采区 l 2 煤层开采上限的确定 研究报告中计算的导水裂隙带 高度是按中硬岩层确定， 经本次钻孔实际揭露， 1 2 煤 顶板多为泥质砂岩， 松软， 不具备中硬岩层的特征， 计 算数据偏大， 也与实例数据相差太大， 故应以实测数据 为准。 4开 采上 限的确 定 开采上限的确定实质上是确定一个安全可靠的防 水煤岩柱问题。 H粥≥ Hl i H b 式中 一防水煤 岩 柱垂高， m； 巩～导水裂隙带高度 ， r n ； ～ 保护层厚度 ， i n 。 考虑到本矿试采区第四系底部赋存有一层厚度为 6 8 m的粘土层 ， 松散层底部粘性土层大于累计采厚 时， 2 A， A ， ZM为累计采厚， n为分层层数， ， ‘ 本矿仅为 1 层 ， A1 ． 2 m， 故 巩 2 ． 4 m， 考虑到煤层的 不均一性， 按 3 ． 0 m取值。故 月 ≥ 1 41 6 3 1 71 9 m 为安全慎重起见， 按 2 0 m取值。故 l 2 下煤层上 部至第四系底界面的垂直高度应不小于 2 0 m。另外， 第四系底部6 8 m厚的粘土层隔水性能 良好 ， 更可增 加开采的安全可靠性。 3 1 冒落高度的确定 结．} 各 煤层Y F 采后的冒落带高度为 6 ． 0 m， 为采高的5 倍。 八采区共布置 5个对拉5 1 2 作面， 2 0 0 4 2 0 0 6年开 3 ． 2 导水裂隙带高度 的确定 采完毕， 回收煤炭资源 3 6 ． 8 7万 t ， 产生了巨大的经济 在获得的 1 6 8幅图像中， 通过对比分析， 确定 1 2 效益。回采过程 中， 采 区正常涌水量为 0 5 m ／ h ， 最 煤层开采后的冒落带高度为 l 4 1 6 m， 为采高的 1 1 ． 6 7 大为 1 2 5 m 3 ／ h ， 2 0 0 7年老空区稳定溢水量为 4 0 m 。 ／ 3 ． 3与 日廿⋯一 效的 辜 12 - r煤 层 顶 板 岩 层 属 软 弱 岩 层 ， 其 冒 落 带 高 度 为 菱 ” 州 r 、 从 且 。 Hm 1 - 53 0 41 ． 54 ． 5 m