现场试验人员合影

中国煤科西安研究院介绍，碎软煤层因其硬度低，煤层破碎广泛发育而无法克服瓦斯喷孔、塌孔卡钻等问题，不利于钻探工作的开展，导致煤孔深度普遍不足150m，无法满足跨工作面区域瓦斯递进式抽采的成孔深度及施工效率要求。常用的钻探装备与技术有液动和气动两种，其中液动螺杆钻具定向钻进工艺由于高压水冲刷孔壁塌孔而成孔难，而空气钻进工艺在煤层裂隙内“冲刷”作用小而成孔性好，常规钻进轨迹不可控，钻孔常因见煤层顶板、底板而终孔，易形成抽采空白带和瓦斯治理盲区，存在严重安全隐患。

此次开展试验的天地王坡煤矿主采3#煤层即属于典型的碎软煤层。近年来该矿采用多种钻进工艺，先后开展干式螺旋顺层钻孔、顺煤层定向钻孔、顶板-底板梳状定向钻孔等成孔技术试验，一直未取得满意效果，无法满足跨工作面区域瓦斯递进式抽采的成孔深度及施工效率要求，严重制约天地王坡煤矿安全高效开采。

钻孔轨迹

中国煤科西安研究院得知情况后，直面技术挑战，于2021年4月专门成立了天地王坡煤矿钻探技术攻关专家组。在前期试验基础上，确定了“碎软煤层氮气排渣气动定向钻进技术”新方案。方案采用高压氮气（杜绝烧钻、CO超限风险）为动力源，驱动孔底气动螺杆钻具工作，带动钻头回转碎岩，同时氮气作为排渣介质携带钻进过程的热量，并将孔内产生煤渣沿钻具与孔壁之间环空间隙排出孔外。利用随钻测量系统监测钻孔轨迹变化，通过调节气动螺杆钻具弯角朝向调整钻孔轨迹按设计轨迹钻进。新方案成功解决了气源风压不足、喷孔卡钻、压风钻进粉尘治理、碎软煤层钻孔轨迹控制等技术难题。在王坡煤矿南翼施工顺飞禽走兽老虎机动定向钻孔4个，最大单班进尺60m，累计进尺1530m，全煤钻孔最大深度达437m。

项目负责人介绍，“煤矿井下碎软煤层氮气排渣气动定向钻进技术与装备”项目研发的成功，解决了碎软煤层长距离精准定向成孔及开分支的技术难题，也解决了气动定向安全高效排渣、钻孔轨迹随钻测量、定向施工安全控制以及职业健康保障的难题。为国内其他碎软煤层矿区采用“跨工作面区域瓦斯递进式抽采新模式，保障安全高效生产、实现企业降本增效”提供了新的解决方案，降低了碎软煤层开采的风险和难度。

据悉，目前该成果已进入示范推广阶段。

来源:新华网