我国煤矿定向钻孔深度刷新世界纪录

近日，笔者从中煤科工集团西安研究院有限公司（以下简称西安研究院）获悉，由该院承担的国家科技重大专项课题成果“大功率定向钻进技术与装备”在神东煤炭集团保德煤矿成功钻出主孔深度达2311米的顺煤层超长定向钻孔，打破了由该院2014年在晋煤集团寺河煤矿创下的1881米定向钻孔深度世界纪录，刷新了当前由澳大利亚公司在Metropolitan矿创下的2151米深世界纪录。这标志着我国煤矿井下定向钻进技术与装备获得重大突破。

着力破解重大钻探技术难题

众所周知，瓦斯是煤矿事故的元凶之一，其温室效应约为二氧化碳的21倍，对大气环境的破坏性极强。但是，瓦斯也是一种洁净能源和优质化工原料，1立方米纯瓦斯的热值相当于1.5升汽油、1.21公斤标准煤，其热值与天然气相当，燃烧后几乎不产生任何废气。因此，合理开发利用瓦斯对缓解我国常规油气供应紧张状况，改善煤矿安全生产条件，保护大气环境等均具有十分重要的意义。

据了解，我国煤层赋存地质条件复杂，瓦斯含量高、压力大，瓦斯灾害严重，影响了煤炭开采，利用钻孔对煤层瓦斯进行抽采是目前国内外常用且有效的方法。

结合煤矿井下安全生产需要，西安研究院自上世纪60年代就开展了大量的钻探技术研究、装备研制以及技术咨询服务等工作，着力解决煤田地质勘探和煤矿安全生产过程中遇到的探放水、探构造、瓦斯抽采、含水层改造和隔水层加固等重大钻探技术难题，共完成国家科技重大专项、国家和省部级各类科研项目210余项，获全国科学大会奖2项、国家科技进步奖3项、省部级各类科技成果奖56项。其中，“煤田钻探人造金刚石钻头钻进性能及人造金刚石合成研究”“绳索取心器及打捞器研究和试验”等项目获国家科学大会奖；“坑道钻机及近水平孔定向钻进技术研究”项目获国家科技进步二等奖；“阳泉矿务局瓦斯综合治理技术研究”项目获国家科技进步三等奖。其研究成果在地质勘探和煤矿安全生产方面得到推广应用，为煤田地质勘探工作和煤炭安全开采提供了重要技术支撑。

自主研发钻进技术和装备

随着我国煤矿生产技术及装备水平不断提升，人们在矿井瓦斯区域、精确治理以及瓦斯清洁利用等方面提出了更高的要求。在新的形势下，以往采用的传统回转钻进工艺技术施工煤层瓦斯抽采钻孔暴露出了诸多问题，包括施工精度低、施工速度慢、钻孔轨迹不可控制、无法适应煤层顶底板起伏、无效进尺多、钻孔利用率低以及单孔瓦斯抽采量小等，不能满足生产实际需求。

2002年，国内一些煤矿企业陆续从国外引进煤矿井下定向钻进技术与装备，用于顺煤层瓦斯抽采定向钻孔施工。煤矿井下定向钻进技术可以实现钻孔轨迹的精确控制，保证钻孔轨迹在预定层位中有效延伸，增加钻孔有效抽采距离，提高瓦斯抽采效率。另外，定向钻进技术可进行多分支孔施工，施工钻孔能均匀覆盖整个工作面，具有钻进效率高、一孔多用、集中抽采等优点，在矿井瓦斯治理中发挥出重要作用。

然而，先进的随钻测量定向钻进技术与装备被国外企业垄断，高昂的设备采购及维护费用导致瓦斯治理成本居高不下。在国家发改委、科技部等部门支持下，西安研究院从2005年开始自主研发煤矿井下定向钻进技术与装备，并创新研制了12000牛米大功率定向钻机，解决了井下超长定向钻孔施工装备能力不足的难题，发明了煤矿井下防爆型无线随钻测量系统，实现了测量信号传输从有线到无线的跨越，传输距离达到2000米以上，开发了井下深孔高效定向钻进及钻孔事故处理新技术，钻进效率提高了40%。其成果整体达到国际领先水平，获得国家科技进步二等奖1项、陕西省科技进步二等奖1项等。

目前，西安研究院煤矿井下定向钻进技术与装备已在国内20多个矿区成功推广应用，在煤矿瓦斯高效抽采方面发挥着主导作用。

定向钻孔深度不断刷新

随着煤矿井下定向钻进技术与装备的不断完善，西安研究院煤矿井下定向钻孔深度也不断增加，2008年在陕西亭南煤矿达到1046米，2010年在山西寺河煤矿达到1059米，2011年分别在保德煤矿和陕西大佛寺煤矿达到1111.6米和1212米，2014年在寺河煤矿达到1881米，而此次在保德煤矿钻孔主孔深度达到2311米，刷新了当前的世界纪录。

据了解，此次钻探施工由西安研究院和保德煤矿共同承担。在钻探现场，他们结合保德煤矿超长工作面瓦斯区域治理需要，在保德煤矿二盘区，利用西安研究院自主研发的ZDY12000LD大功率定向钻进装备，采用“主动探顶+侧钻开分支”及“复合定向钻进”工艺技术，实现了顺煤层超长定向钻孔全孔段在煤层中钻进，解决了以往滑动定向钻进工艺钻进系统压力参数随孔深增加而上升迅速，从而使钻进能力受限的技术难题。

此次突破，又一次显著提高了我国煤矿井下超长定向钻孔的施工能力，为超长综采工作面瓦斯区域高效治理提供了可靠的技术和装备支持。该成果既可以用于中硬煤层顺层定向钻孔、大直径顶板高位定向钻孔等瓦斯抽采钻孔施工，也可以应用于水害防治定向钻孔、煤层顶底板注浆加固钻孔、隐蔽致灾因素探查定向钻孔以及矿山事故救援大直径钻孔等工程，显著提升了我国煤矿井下定向钻进技术与装备水平，提高了井下超长定向钻孔、大直径定向长钻孔的施工能力，对保障煤矿安全高效生产起到了积极推动作用。