我国含碎软煤层矿井分布广泛，占比50%左右。中国煤科天地王坡3#煤层属于典型碎软煤层，具有强度低、遇水破碎、稳定性差等特点，近年来采用液动定向钻进技术先后开展了顺层定向钻孔、顶板梳状钻孔与底板梳状钻孔施工试验，试验中存在塌孔卡钻、成孔深度浅、钻进效率低等问题，制约矿井区域瓦斯高效治理。

  为解决天地王坡碎软煤层区域瓦斯治理难题，为晋城地区乃至全国碎软煤层区域瓦斯治理起到示范作用，在中国煤科统筹安排下，由所属西安研究院、天地王坡、沈阳研究院联合组建“碎软煤层氮气排渣气动定向钻进团队”，针对矿井碎软煤层氮气排渣气动定向钻进技术进行专项研究。

  图为碎软煤层氮气排渣气动定向钻进成套装备集成

  团队制定了“碎软煤层氮气排渣气动定向钻进技术”方案，该技术基于气动定向钻进工艺、气动螺杆钻具开分支工艺、筛管护孔工艺等，通过在碎软煤层顺层定向高效钻进长钻孔，实现碎软煤层煤巷条带区域消突和工作面区域递进式瓦斯抽采。其中西安研究院负责气动定向钻进技术攻关与试验研究，天地王坡负责提出瓦斯治理技术需求和试验现场安全管理保障，沈阳研究院负责开发2.0MPa新型制氮配套装置。

  团队通过优化组合形成了碎软煤层氮气排渣气动定向钻进成套装备集成，包括：定向钻机、气动螺杆钻具、制氮机、电磁波随钻测量系统、除尘泵车等。开发形成了碎软煤层氮气排渣气动定向高效钻进技术，该项技术以高压制氮机提供氮气作为气源，驱动气动螺杆钻具工作实现定向钻进、排出煤渣，配套电磁波随钻测量系统实现轨迹精准测量与控制，实现碎软煤层气动定向钻进成孔。

  图为天地王坡井下气动定向钻进试验场景

  从2020年7月到2022年7月，团队采用碎软煤层氮气排渣气动定向钻进技术，极大提升了钻进过程煤体稳定性，杜绝了常规空气压风钻进可能出现烧钻的风险，实现了气动定向钻进高效排渣、钻孔轨迹随钻精准测量、钻孔施工安全控制以及职业健康保障，形成了一套适合天地王坡井下气动定向钻进施工方法。在气动螺杆钻具、2.0MPa新型制氮装置、随钻测量系统的开发，以及气动定向钻进工艺技术、压风监控/防喷除尘安全钻进系统研究等方面取得29项技术突破，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。团队布局授权国家发明专利13项，发表科技论文16篇，制定企业标准1项。团队在天地王坡钻孔试验进尺4万米，平均钻孔深度300m以上，取得了最高月台效率4011米、平均月台效率超3000米与最大孔深437米的成绩，标志着我国碎软煤层定向长钻孔技术日趋成熟，为实现碎软煤层区域瓦斯高效治理模式提供技术支撑。

  图为项目组成员现场调试沈阳研究院高压制氮机

  该项技术的突破，显著发挥了天地王坡作为中国煤炭科工集团科技产品、技术孵化基地作用，有效推进了我国碎软煤层区域瓦斯高效治理模式。目前西安研究院在安徽、贵州、山西、陕西多个矿区正积极开展气动定向钻进技术推广，促进钻探装备销售和工程合同额5.6亿元；天地王坡采用气动定向钻进技术进行区域瓦斯治理，既节约了施工成本也实现了瓦斯超前治理，为后续矿井安全生产打下基础；沈阳研究院高压制氮机性能稳定，已得到各地煤矿企业的认可。

  此次西安研究院、天地王坡、沈阳研究院团队联合攻关的成功，一方面是认真贯彻集团公司“1245”总体发展思路，落实“创新驱动、聚焦主业”两大战略的具体实践；另一方面是集团公司二级企业大兵团作战，充分发挥各自优势、团结协作联合创新、实现共赢发展的良好示范，彰显出中国煤科团队作战的“硬核”实力。