中煤科工集团西安研究院有限公司煤矿安全高效开采地质保障技术装备再结新硕果

中煤科工集团西安研究院有限公司（简称西安研究院）是我国煤炭行业专门从事煤炭地质研究与勘探技术开发的国家重点高新技术企业。60多年来，始终坚守“引领地质保障技术进步，支撑煤炭安全高效绿色开发”的初心和使命，以解决煤矿安全高效开采地质保障技术、装备与工程领域的重大疑难科学技术问题为主攻方向，研发出一批具有行业领先水平、具有自主知识产权的新技术和新产品，为推动行业科技进步和集团公司安全技术装备板块快速发展作出了重要贡献。

近年来，西安研究院全面贯彻党的十九大和十九届二中、三中、四中全会精神，以习近平新时代中国特色社会主义思想为指导，按照集团公司“1245”总体发展思路和“十三五”发展规划（修编）决策部署，坚持创新驱动战略，科技创新工作取得新突破，总体呈现出稳中向好的发展态势。

日前，在中国煤炭工业协会组织的科技成果鉴定会上，西安研究院主持完成的“矿井大盘区瓦斯抽采定向钻进技术与装备”“西部矿区煤层采动顶板涌水动力学机制及水害防控关键技术”，与中国神华能源股份公司神东煤炭分公司合作完成的“煤矿井下坚硬顶板强矿压灾害定向长钻孔分段水力压裂超前防治技术及装备”等3项科技成果，均鉴定为国际领先水平。3项科技成果覆盖了西安研究院煤矿井下定向钻进和煤矿水害防治两大传统优势领域，彰显了行业引领地位，而且在煤矿强矿压灾害防治这一新的领域也取得了新突破。

一、矿井大盘区瓦斯抽采定向钻进技术与装备

基于采用超长（孔深≥2000m）顺煤层定向钻孔群实现矿井整个盘区瓦斯抽采一次性覆盖的先进理念，在西安研究院原有煤矿井下大功率定向钻进技术与装备（最大孔深1881m）的研究基础上，系统提升钻机、钻具、随钻测量系统、钻进工艺等方面对施工井下超长定向钻孔的能力和适应性。项目的成功实施标志着我国井下定向钻进技术与装备水平再上新台阶。

其主要创新成果包括：研制了可实现回转、滑动定向、复合倾角控制、复合侧钻分支以及正反扭转等多种钻进工艺的ZDY15000LD型定向钻进装备；研制了Φ89mm高强度内外平大通孔定向钻杆，显著降低了钻柱内冲洗液的沿程流动阻力，开发了无磁钢钻杆螺纹离子渗氮与摩擦焊接工艺，实现了Ф89mm无磁钢钻杆承载12000N•m不粘扣，抗扭超过36000N•m；研制了适用于井下超长定向钻孔施工的泥浆脉冲无线随钻测量系统，实现了随钻测量信号连续480小时的可靠传输；开发了基于近水平超长钻具正反扭转钻进技术、螺杆钻具水力加压钻进技术、复合回转倾角控制及侧钻分支技术的顺煤层超长定向钻孔成孔工艺。在神东保德煤矿的工业性试验中，成功实施了3353m的顺煤层超长定向钻孔，贯穿点中靶坐标左右偏差小于1.5‰、上下偏差小于0.15‰。项目成果在淮南、淮北、晋城等多个矿区成功推广应用。

二、西部矿区煤层采动顶板涌水动力学机制及水害防控关键技术

主要针对我国西部煤矿区顶板涌水量预测精度不足、疏放水工程设计有待优化等问题，依托国家自然科学基金、陕西省自然科学基金等项目，深入开展采动顶板涌水机理、顶板疏放水安全残余水头等理论研究，并结合矿井涌水量预测、顶板水控制疏放等现场应用开展实证研究取得的研究成果，对推动我国西部煤矿区顶板水害防治技术的进步具有重要意义。

其主要创新成果包括：揭示了煤层采动卸压涌水过程的动力学机制，创建了钻孔疏放水和采空区涌水动力系统模型，定量刻画了钻孔主动卸压涌水随时间的衰减过程，以及采空区被动卸压涌水随工作面推采的动态变化过程；研发了采煤工作面涌水量多阶动力学动态预测技术，包括工作面涌水量采前快速预测方法、采中动态校正方法，实现了工作面推采过程采空区峰值涌水量、动态稳定涌水量及发生位置的定量计算，预测精度显著提高；提出了基于多目标非线性模型的顶板水控制疏放技术，包括顶板最优安全残余水头优化模型，疏放水量和疏放时间优化计算方法，以及钻场内钻孔优化布孔模式和钻场间距优化确定方法，节省了钻探工程量，缩短了疏放水工期；建立了“系统解析→动态预测→分区防控→控制疏放”的矿井水害综合防控体系。成果在宁夏红柳煤矿、陕西锦界煤矿、哈拉沟煤矿等进行了应用。

三、煤矿井下坚硬顶板强矿压灾害定向长钻孔分段水力压裂超前防治技术及装备

为缓解和控制煤矿综采工作面强矿压显现难题，针对短钻孔水力压裂、井下爆破等传统防治手段的不足，创新提出采用井下长钻孔分段水力压裂实现工作面强矿压灾害超前、精准、区域防治的新方法。

其主要创新成果包括：首创了煤矿坚硬顶板定向长钻孔裸眼分段水力压裂技术，开展了顶板压裂目标层优选、定向长钻孔布置方式和压裂参数的研究；研发了煤矿井下水平定向长钻孔的多点拖动式裸眼分段压裂成套装备，包括裸眼钻孔密封、定压压裂、可控安全分离和裸眼钻孔清洗等适用于坚硬顶板分段水力压裂的关键装置；研发了煤层坚硬顶板分段水力压裂效果立体综合监测技术，实现了多方位监测压裂裂缝在目标层中的展布方位和形态等特征。项目成果在布尔台、保德、榆家梁和石圪台等特大型煤矿成功应用。