我國含碎軟煤層礦井分布廣泛，占比50%左右。中國煤科天地王坡3#煤層屬于典型碎軟煤層，具有強度低、遇水破碎、穩(wěn)定性差等特點，近年來采用液動定向鉆進技術先后開展了順層定向鉆孔、頂板梳狀鉆孔與底板梳狀鉆孔施工試驗，試驗中存在塌孔卡鉆、成孔深度淺、鉆進效率低等問題，制約礦井區(qū)域瓦斯高效治理。

為解決天地王坡碎軟煤層區(qū)域瓦斯治理難題，為晉城地區(qū)乃至全國碎軟煤層區(qū)域瓦斯治理起到示范作用，在中國煤科統籌安排下，由所屬西安研究院、天地王坡、沈陽研究院聯合組建“碎軟煤層氮氣排渣氣動定向鉆進團隊”，針對礦井碎軟煤層氮氣排渣氣動定向鉆進技術進行專項研究。

團隊制定了“碎軟煤層氮氣排渣氣動定向鉆進技術”方案，該技術基于氣動定向鉆進工藝、氣動螺桿鉆具開分支工藝、篩管護孔工藝等，通過在碎軟煤層順層定向高效鉆進長鉆孔，實現碎軟煤層煤巷條帶區(qū)域消突和工作面區(qū)域遞進式瓦斯抽采。其中西安研究院負責氣動定向鉆進技術攻關與試驗研究，天地王坡負責提出瓦斯治理技術需求和試驗現場安全管理保障，沈陽研究院負責開發(fā)2.0MPa新型制氮配套裝置。

團隊通過優(yōu)化組合形成了碎軟煤層氮氣排渣氣動定向鉆進成套裝備集成，包括：定向鉆機、氣動螺桿鉆具、制氮機、電磁波隨鉆測量系統、除塵泵車等。開發(fā)形成了碎軟煤層氮氣排渣氣動定向高效鉆進技術，該項技術以高壓制氮機提供氮氣作為氣源，驅動氣動螺桿鉆具工作實現定向鉆進、排出煤渣，配套電磁波隨鉆測量系統實現軌跡精準測量與控制，實現碎軟煤層氣動定向鉆進成孔。

從2020年7月到2022年7月，團隊采用碎軟煤層氮氣排渣氣動定向鉆進技術，極大提升了鉆進過程煤體穩(wěn)定性，杜絕了常規(guī)空氣壓風鉆進可能出現燒鉆的風險，實現了氣動定向鉆進高效排渣、鉆孔軌跡隨鉆精準測量、鉆孔施工安全控制以及職業(yè)健康保障，形成了一套適合天地王坡井下氣動定向鉆進施工方法。在氣動螺桿鉆具、2.0MPa新型制氮裝置、隨鉆測量系統地開發(fā)，以及氣動定向鉆進工藝技術、壓風監(jiān)控/防噴除塵安全鉆進系統研究等方面取得29項技術突破，解決了碎軟煤層長距離精準定向成孔及開分支的技術難題。團隊布局授權國家發(fā)明專利13項，發(fā)表科技論文16篇，制定企業(yè)標準1項。團隊在天地王坡鉆孔試驗進尺4萬米，平均鉆孔深度300m以上，取得了最高月臺效4011米、平均月臺效超3000米與最大孔深437米的成績，標志著我國碎軟煤層定向長鉆孔技術日趨成熟，為實現碎軟煤層區(qū)域瓦斯高效治理模式提供技術支撐。

該項技術的突破，顯著發(fā)揮了天地王坡作為中國煤炭科工集團科技產品、技術孵化基地作用，有效推進了我國碎軟煤層區(qū)域瓦斯高效治理模式。目前西安研究院在安徽、貴州、山西、陜西多個礦區(qū)正積極開展氣動定向鉆進技術推廣，促進鉆探裝備銷售和工程合同額5.6億元；天地王坡采用氣動定向鉆進技術進行區(qū)域瓦斯治理，既節(jié)約了施工成本也實現了瓦斯超前治理，為后續(xù)礦井安全生產打下基礎；沈陽研究院高壓制氮機性能穩(wěn)定，已得到各地煤礦企業(yè)的認可。

此次西安研究院、天地王坡、沈陽研究院團隊聯合攻關的成功，一方面是認真貫徹集團公司“1245”總體發(fā)展思路，落實“創(chuàng)新驅動、聚焦主業(yè)”兩大戰(zhàn)略的具體實踐；另一方面是集團公司二級企業(yè)大兵團作戰(zhàn)，充分發(fā)揮各自優(yōu)勢、團結協作聯合創(chuàng)新、實現共贏發(fā)展的良好示范，彰顯出中國煤科團隊作戰(zhàn)的“硬核”實力。

來源：中國煤科