据中国煤科最新消息，由其旗下西安研究院自主研发的煤矿井下碎软煤层氮气排渣气动定向钻进技术与装备在山西天地王坡煤矿开展钻孔工程攻关试验，以创新的“气动螺杆钻具+润滑装置”，突破了低压启动、长寿命工作、强排渣防卡钻等技术瓶颈，实现顺煤层钻孔主孔深度437m，刷新了国内煤矿井下碎软煤层气动定向钻孔深度新纪录！
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煤层气动定向钻孔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。
