千米钻机定向钻进技术焕发新活力——余吾煤业瓦斯治理研究中心区域瓦斯治理探索

余吾煤业井下煤层具有瓦斯含量高、透气性差、煤体坚固性系数低的特点。2019年初，该公司重新启用了千米定向钻机，先后在S3102、S5206、S1301综采工作面施工定向预抽钻孔解决工作面中部抽采空白带问题。

为进一步拓展千米钻机的应用领域，发挥其在掘进工作面区域瓦斯治理中的作用，该公司瓦斯治理研究中心经过深入调研考察，大胆引进千米钻机煤层底板定向分支长钻孔区域预抽掩护掘进技术，并在S5102胶顺进行井下试验，顺利完成1个600米深负角度主岩孔及7个分支煤孔施工，试验取得阶段性成功，这也为该公司松软煤质条件下高瓦斯掘进工作面区域瓦斯治理探索出一条新路子。

紧贴现场溯根源

该公司井下掘进工作面区域瓦斯治理问题长期制约着矿井安全高效掘进，早在2012年，该公司党政领导高瞻远瞩，引进瓦斯治理先进技术装备，添置了2台千米定向钻机，以期对掘进工作面进行区域模块化预抽，实现瓦斯超前治理。然而，钻孔实际施工过程却是困难重重，矿井80%的打钻区域钻孔成孔困难，存在塌孔抱钻现象，被迫无奈，该公司只能暂时放弃定向钻机长距离煤孔施工试验。

2019年该公司重新启用定向钻机后，他们的瓦斯治理研究团队，便立足矿井瓦斯地质现状，结合千米定向钻机适用条件，对公司前期定向钻机试验失败原因进行研究分析，发现钻孔成孔率受f值、煤层瓦斯压力、裂隙发育区煤体破坏程度、钻孔倾角等影响较大，钻孔成孔质量表现出明显的区域差异性。煤层埋深相对较浅，瓦斯含量相对较低，煤质相对较硬的南一采区钻孔成孔率相对较好，最大煤孔深度达664米；而对埋深相对较深，瓦斯含量相对较高的采区，目前采用的单一煤孔施工工艺仍具有一定的局限性，必须改进施工工艺以适应埋藏深、含量高、煤质软的瓦斯地质条件。

深入调研寻出路

如何解决长距离煤孔施工过程塌孔夹钻问题？老路固然走不通，必须转变思路，另辟蹊径，本着“不懂就问，不懂就学”的工作作风，该公司瓦斯治理研究中心副主任周建伟组织技术人员开展了定向钻机施工技术与装备的调研学习考察，通过查论文、阅资料、跑现场、听报告等方式，最终找到了问题的解决办法。

他们在调研中发现，煤层顶/底板梳状、羽状分支长钻孔区域预抽掩护煤巷掘进技术基本成熟，这种将主孔布置在稳定的岩层中，在主孔中开分支施工短距离煤孔的打钻工艺，能够使主孔这个瓦斯流动的“主干道”摆脱煤质条件的限制向更远区域延伸。

“这种长钻孔区域预抽掩护掘进技术，通过煤孔分支这个瓦斯流动的‘小河流’将附近区域瓦斯汇流进来，即使‘小河流’因塌孔堵塞也不影响‘主干道’的瓦斯抽采，进而解决公司定向钻孔施工距离短，区域预抽范围受限的技术难题。”该公司瓦斯治理研究中心副主任周建伟形象地讲解着。

攻坚克难谋突破

新施工工艺施行之前面临首要问题就是人员问题，公司千米钻机司机技术水平不高，特别是岩孔开分支更是零经验，为了确保技术试验成功，该公司邀请江苏中煤经验丰富的钻机司机驻矿培训指导。

同时，根据井下实际条件，该公司瓦斯治理研究中心将钻场布置在煤层巷道中，原设计主孔-4度倾角开孔穿过一段距离的煤层后进入煤层底板岩层施工，第一个孔施工至42米顺利穿过煤层，但施工至80米时便因孔内塌孔夹钻严重而无法继续施工。

“面对主孔要穿煤层施工这个‘拦路虎’，我们迅速召集科队技术骨干开会讨论解决办法，最终决定调整主孔开孔倾角减少穿煤施工距离，同时在穿煤段进行护孔。”该公司瓦斯治理研究中心副主任周建伟回忆着当时的场景。

说干就干，该公司瓦斯治理研究中心随即继续开始主孔施工试验，先后完成开孔、扩孔、二次扩孔、下管、注浆工序，终于完成主孔煤孔段施工及护孔工作。

千锤百炼始得金

但始料未及的是，因封孔管推入时变形严重，在进行封孔段扫孔施工过程，钻头将封孔管打碎，PVC碎片沉入孔底导致钻孔后续钻进施工排渣困难。主孔又一次施工失败，沉重打击了技术人员信心。

“PVC管不行就试试铁管，材料我给你们调拨。”迷茫之时，该公司分管抽采的副总经理张咏斌一番话再次鼓舞了士气。

在各方力量的协助下，自主设计连夜赶制的插接式6寸铁质封孔管下井了，尽管在接下来的钻孔开孔下管过程中，还出现了塌孔、孔内煤渣残留多、孔底有积水等各种技术难题，但瓦研治理研究中心还是凭着敢想敢干、永不服输的创新精神，一路披荆斩棘，攻克一个个技术难题，最终使主孔成功过渡到岩层内施工，并探索出一套深孔定向钻进孔口煤孔段下管固孔施工工艺，实现钻孔孔口固孔技术突破。

精益求精争一流

主孔的固孔成功仅仅是迈开了万里长征的第一步，在接下来的钻孔施工中，为了提升打钻工的技术水平和现场管控水平，该公司瓦研治理研究中心建立了定向钻机施工进度汇报与技术交流群，由队组值班人员负责将钻机施工的每一组数据参数详细汇报到群内，其他技术成员动态了解井下钻孔施工情况，发现问题及时通知井下进行调整。

此外，该公司还建立完善打钻日志汇报制度，安排队组每日进行1次打钻技术经验总结，并在遇到重大技术难题时，迅速召开技术分析会进行集中讨论。经过40天的摸爬滚打，该公司钻机司机打钻水平快速提升，钻孔轨迹误差由几米缩小到几分米。

“特别是在岩孔开分支技术上，我们更是实现了从无到有的转变；队组顺利完成600米深主孔及7个分支孔施工，最长分支长度为138米，煤孔段长度达102米，这标志着千米钻机煤层底板定向分支长钻孔区域预抽掩护掘进技术取得阶段性成功。”该公司瓦斯治理研究中心副主任周建伟喜上眉梢。

在余吾煤业打造新时代高质量发展的“示范型”煤炭领军企业的道路上，该公司瓦斯治理研究中心团队“不忘初心、牢记使命”，永远奔跑在科研创新的赛道上，与瓦斯赛跑，只有起点，没有终点！

（文 周建伟 杨利军）

责任编辑：崔婷婷