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(qiáng)度低、遇水破碎、穩(wěn)定性差等特點(diǎn)，近年來采用液動定向鉆進(jìn)技術(shù)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(yàn)，試驗(yàn)中存在塌孔卡鉆、成孔深度淺、鉆進(jìn)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(tǒng)籌安排下，由所屬西安研究院、天地王坡、沈陽研究院聯(lián)合組建“碎軟煤層氮?dú)馀旁鼩鈩佣ㄏ蜚@進(jìn)團(tuán)隊(duì)”，針對礦井碎軟煤層氮?dú)馀旁鼩鈩佣ㄏ蜚@進(jìn)技術(shù)進(jìn)行專項(xiàng)研究。
團(tuán)隊(duì)制定了“碎軟煤層氮?dú)馀旁鼩鈩佣ㄏ蜚@進(jìn)技術(shù)”方案，該技術(shù)基于氣動定向鉆進(jìn)工藝、氣動螺桿鉆具開分支工藝、篩管護(hù)孔工藝等，通過在碎軟煤層順層定向高效鉆進(jìn)長鉆孔，實(shí)現(xiàn)碎軟煤層煤巷條帶區(qū)域消突和工作面區(qū)域遞進(jìn)式瓦斯抽采。其中西安研究院負(fù)責(zé)氣動定向鉆進(jìn)技術(shù)攻關(guān)與試驗(yàn)研究，天地王坡負(fù)責(zé)提出瓦斯治理技術(shù)需求和試驗(yàn)現(xiàn)場安全管理保障，沈陽研究院負(fù)責(zé)開發(fā)2.0MPa新型制氮配套裝置。
團(tuán)隊(duì)通過優(yōu)化組合形成了碎軟煤層氮?dú)馀旁鼩鈩佣ㄏ蜚@進(jìn)成套裝備集成，包括：定向鉆機(jī)、氣動螺桿鉆具、制氮機(jī)、電磁波隨鉆測量系統(tǒng)、除塵泵車等。開發(fā)形成了碎軟煤層氮?dú)馀旁鼩鈩佣ㄏ蚋咝с@進(jìn)技術(shù)，該項(xiàng)技術(shù)以高壓制氮機(jī)提供氮?dú)庾鳛闅庠?，?qū)動氣動螺桿鉆具工作實(shí)現(xiàn)定向鉆進(jìn)、排出煤渣，配套電磁波隨鉆測量系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)軌跡精準(zhǔn)測量與控制，實(shí)現(xiàn)碎軟煤層氣動定向鉆進(jìn)成孔。
從2020年7月到2022年7月，團(tuán)隊(duì)采用碎軟煤層氮?dú)馀旁鼩鈩佣ㄏ蜚@進(jìn)技術(shù)，極大提升了鉆進(jìn)過程煤體穩(wěn)定性，杜絕了常規(guī)空氣壓風(fēng)鉆進(jìn)可能出現(xiàn)燒鉆的風(fēng)險，實(shí)現(xiàn)了氣動定向鉆進(jìn)高效排渣、鉆孔軌跡隨鉆精準(zhǔn)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(jìn)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(tǒng)地開發(fā)，以及氣動定向鉆進(jìn)工藝技術(shù)、壓風(fēng)監(jiān)控/防噴除塵安全鉆進(jìn)系統(tǒng)研究等方面取得29項(xiàng)技術(shù)突破，解決了碎軟煤層長距離精準(zhǔn)定向成孔及開分支的技術(shù)難題。團(tuán)隊(duì)布局授權(quán)國家發(fā)明專利13項(xiàng)，發(fā)表科技論文16篇，制定企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)1項(xiàng)。團(tuán)隊(duì)在天地王坡鉆孔試驗(yàn)進(jìn)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(biāo)志著我國碎軟煤層定向長鉆孔技術(shù)日趨成熟，為實(shí)現(xiàn)碎軟煤層區(qū)域瓦斯高效治理模式提供技術(shù)支撐。
該項(xiàng)技術(shù)的突破，顯著發(fā)揮了天地王坡作為中國煤炭科工集團(tuán)科技產(chǎn)品、技術(shù)孵化基地作用，有效推進(jìn)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(jìn)技術(shù)推廣，促進(jìn)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(jìn)技術(shù)進(jìn)行區(qū)域瓦斯治理，既節(jié)約了施工成本也實(shí)現(xiàn)了瓦斯超前治理，為后續(xù)礦井安全生產(chǎn)打下基礎(chǔ)；沈陽研究院高壓制氮機(jī)性能穩(wěn)定，已得到各地煤礦企業(yè)的認(rèn)可。
此次西安研究院、天地王坡、沈陽研究院團(tuán)隊(duì)聯(lián)合攻關(guān)的成功，一方面是認(rèn)真貫徹集團(tuán)公司“1245”總體發(fā)展思路，落實(shí)“創(chuàng)新驅(qū)動、聚焦主業(yè)”兩大戰(zhàn)略的具體實(shí)踐；另一方面是集團(tuán)公司二級企業(yè)大兵團(tuán)作戰(zhàn)，充分發(fā)揮各自優(yōu)勢、團(tuán)結(jié)協(xié)作聯(lián)合創(chuàng)新、實(shí)現(xiàn)共贏發(fā)展的良好示范，彰顯出中國煤科團(tuán)隊(duì)作戰(zhàn)的“硬核”實(shí)力。
來源：中國煤科
