李福庆+张广生+徐庆国
[摘 要]根据邱集煤矿生产实际情况，在井下采用钻孔电视的方法对巷道围岩松动圈进行了测试，使巷道支护设计有了依据，并根据探测情况对支护设计进行了改进，补强了巷道支护，保证了矿井安全生产。
[关键词]钻孔电视 探测 围岩松动圈 应用
中图分类号：TD353 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）05-0395-02
山东省邱集煤矿位于山东省德州市，是黄河北煤田第一对生产矿井，为保证矿井安全生产工作，对掘进巷道的围岩松动情况采用钻孔电视进行了探测，为巷道支护设计提供了依据。
1 钻孔电视工作原理及仪器简介
1.1 钻孔电视仪器简介
YTJ20型岩层探测记录仪是具有国内领先水平的专利产品，是矿山开采、隧道工程等煤岩层状态探测的新型测试仪器。
1.1.1 YTJ20型岩层探测记录仪简介
YTJ20型岩层探测记录仪硬件系统是由全景摄像头、深度测量轮、钻孔摄像主机和计算机组成，此外还包括绞车及专用电缆等。其中，全景摄像探头内部包含有可获得全景图像的截头锥面反射镜、探测照明光源、定位磁性罗盘及微型CCD摄像机。由测量轮、光电转角编码器、深度信号采集板以及接口板组成，深度是一个数字量，有两个作用：一是确定探头的准确位置，二是系统进行自动探测的控制量，如图1所示。
1.1.2 主要工作参数
摄像头直径：Φ25mm，长100mm，探测深度：0～14.5m
主机尺寸：长×宽×高=240×190×83（mm3）
连续工作时间：8h，录像存储容量：2G
1.1.3 特点及用途
该仪器图像清晰（分辨率可达0.1mm）、颜色逼真，能探测孔内整体情况，并可录像，具有防爆功能，且体积小、质量轻，操作简便。可用于矿井井下采掘巷道和回采工作面的地质勘探、测量巷道围岩产状、裂隙宽度，以及描述巷道围岩离层、破裂、错位、岩性变化等情况。
1.2 钻孔电视工作原理
1.2.1 探测步骤
（1）将仪器探头、导线和导杆进行连接，注意将导线卡紧在深度记数器导轮；（2）将摄像头用导杆缓慢推进测孔，并通过主机液晶显示屏时刻关注孔内摄像情况，在有地质现象部位推进稍停，便于加强探测；（3）当遭遇孔内事故或由于导线长度的限制，摄像头无法进一步向下探测时，停止摄像，利用导杆和导线从孔内收回摄像头；（4）收拾仪器，前往下一个测点进行探测，现场探测。
1.2.2 探测数据处理
井下摄像采集的视频文件都被存入在岩层探测记录仪主机中的硬盘上，通过通信数据线从主机箱上的插口连接到PC上，所摄视频即可回放到微型计算机用于探测分析，通过“岩层裂缝可视测量系统2.0”即可播放视频并进行图像处理。
1.3 围岩破裂分区探测结果分析
岩层探测记录仪能清晰地分辨出巷道围岩破裂的深度、破坏程度和形式，以及煤岩、岩岩分界线。根据巷道围岩破坏程度和形式可分为完全破碎、松动破碎、裂隙、裂缝和离层等多个区域，然后根据不同破坏情况提出不同支护方式。
2 邱集煤矿井下探测情况
本次破裂分区探测地点选择在7800轨道下山。
2.1 煤岩层赋存特征
7800轨道下山位于7煤及7煤底板粘土岩及粉砂岩中，7煤层平均厚度1.28m，为块状～粉末状，以亮煤为主。条带状结构，层状构造，有细小方解石脉顺外生裂隙穿切。煤层赋存比较稳定，粘土层厚度为0.5m，强度低，遇水膨胀，硬度系数f=0.8，粉砂岩呈致密状，硬度较大，硬度系数f=2-4。
根据地震三维勘探资料分析，掘进巷道构造相对简单，掘进期间没有落差较大的断层揭露。
2.2 7800二阶段轨道下山围岩破裂分区探测结果
2.2.1 测点布置：
在7800采区二阶段轨道下山选取合适断面进行围岩破裂分区探测，断面具体位置如图2所示。
设计每个断面在顶板和两帮合适的测点打钻孔，钻孔深度3m。
2.2.2 部分探测结果
（1）1号钻孔：深度2.50m。根据探测录像，孔口至孔深0.6m之间，围岩松动破坏较严重；1.8m附近有松动裂隙发育；其他区段整体性较好。不同深度围岩破坏情况见图4。（2）2号钻孔：深2.80m，位于顶板岩层中。在0～0.35m之间，围岩松动破坏严重。在1.63m处出现离层裂隙。其余区段完整性好。不同深度围岩破坏情况见图5。
3 基于破裂分区探测的锚杆支护参数评价
3.1 基于破裂分区的锚杆支护评价原理
根据巷道围岩破坏程度和形式，钻孔内围岩破坏可分为完全破碎、松动破碎、裂隙、裂缝和离层。岩层探测记录仪能清晰地分辨出巷道围岩破裂的程度和形式，以及煤岩、岩岩分界线。
根据巷道围岩破坏模式，设计采用锚杆支护。科学的锚杆、锚索支护参数评价，不是简单地在顶板安装锚杆、锚索，而是应该使每一根安装的锚杆、锚索都能发挥它的最大作用。锚杆-锚索支护系统的设计原则是：
（1）在破碎的圍岩中，锚杆的长度应保证锚固在松动圈外的稳定（相对）围岩中。（2）锚索作为一种补强技术，将锚杆支护形成的次生承载层与围岩的关键层相连，还控制锚固范围内的顶板离层，充分调动深部围岩的承载能力，使更大范围的岩体共同承载，提高支护系统的稳定性。（3）根据巷道围岩条件，采用合理的锚杆支护形式和参数，选择与之相匹配的锚索支护参数。
3.2 探测巷道锚杆支护参数评价
根据探测到的巷道围岩破坏模式以及对探测结果的统计与分析，对探测巷道支护参数评价如下：
（1）7800轨道下山原支护参数。采用直径18mm，长度1800mm的树脂螺纹钢锚杆，锚杆间排距均为800mm。喷射C20级混凝土。（2）原支护参数评价。7800轨道下山顶板裂隙发育较好，但在1.1m～2.3m之间存在较大范围的完整区域，同时探测到2.3m以深具有裂隙离层现象。所以原设计锚杆端头大部分或全部能锚固在未有裂隙的稳定岩层中，顶板和帮部锚杆间排距较合理。
4.结论
通过采用钻孔电视进行巷道围岩松动圈测定，发现锚杆支护长度以外的岩石有离层，通过采用锚索进行补强支护，保证了巷道支护的安全，实现了安全生产。
作者简介
李福庆（1982～），男，山东冠县人，2010年山东科技大学函授毕业，助理工程师。山东省邱集煤矿防治水工区区长，长期从事矿井地质、防治水工作。endprint
