今年以來，晉能控股煤業(yè)集團(tuán)寺河礦著眼于煤礦井下大區(qū)域探測煤層瓦斯含量的現(xiàn)實(shí)需求，加快推廣應(yīng)用井下定向長鉆孔先進(jìn)鉆探技術(shù)與裝備，與多家單位聯(lián)合研發(fā)了煤礦井下長距離定點(diǎn)密閉取芯技術(shù)裝置。

據(jù)了解，該礦利用前期施工的近水平本煤層探查定向孔，查明煤芯取樣區(qū)域內(nèi)煤層起伏變化規(guī)律，完成取樣點(diǎn)和取樣定向孔設(shè)計(jì)，然后分段進(jìn)行定向鉆進(jìn)，確保定向孔沿設(shè)計(jì)軌跡鉆進(jìn)至取樣點(diǎn)，再利用這套技術(shù)裝置進(jìn)行取樣鉆進(jìn)和煤芯保壓采集，直至完成所有取樣點(diǎn)的煤芯采集。利用定向鉆機(jī)的優(yōu)勢，一個(gè)鉆孔就可以取得多個(gè)煤芯，省去了許多工序，大幅提升了鉆孔施工效率。

該技術(shù)成果應(yīng)用后，該礦降低掘進(jìn)成本2300萬元，掘進(jìn)效率提升了20%。目前，此項(xiàng)技術(shù)成果已完成驗(yàn)收鑒定，達(dá)到了國際領(lǐng)先水平。

長距離煤芯取樣須攻克多道難關(guān)

“常規(guī)的煤芯取樣工藝會(huì)存在鉆孔施工偏差大、煤芯暴露時(shí)間過長等問題，不利于檢測煤層瓦斯含量，還存在交叉作業(yè)、重復(fù)作業(yè)等浪費(fèi)人力物力的情況?！彼潞拥V抽放管理部副部長唐杰說，“由于煤芯暴露時(shí)間短，我們只能使用普通鉆機(jī)進(jìn)行施工，最大取樣深度只能達(dá)到120米左右，取樣覆蓋范圍小，且不能測量和控制實(shí)際取樣點(diǎn)的具體位置，導(dǎo)致取樣精度低，無法準(zhǔn)確進(jìn)行鉆探工作。”

唐杰告訴筆者，他們在使用定向鉆機(jī)進(jìn)行取樣時(shí)，雖然可以保證鉆孔施工的精準(zhǔn)性，擴(kuò)大單次開孔的取樣范圍，但是由于所取得的煤芯暴露時(shí)間過長，瓦斯含量測定的準(zhǔn)確性會(huì)有所偏差。

“長距離煤芯取樣這項(xiàng)工作的真正難點(diǎn)，在于如何保障鉆孔施工后，取得的煤芯能真實(shí)反映出煤層瓦斯含量?！彼潞拥V抽放管理部技術(shù)員郝華超說。

為了解決這一關(guān)鍵技術(shù)難題，寺河礦的技術(shù)人員多次深入井下工作現(xiàn)場，跟蹤每一層煤層的取樣全過程。有時(shí)多次取樣結(jié)果不理想，他們?yōu)檫_(dá)到目標(biāo)，在井下一待就是十幾個(gè)小時(shí)。

“煤層瓦斯含量是礦井抽采達(dá)標(biāo)評價(jià)工作中的一項(xiàng)重要評價(jià)指標(biāo)，其測定的準(zhǔn)確性關(guān)乎整個(gè)礦井瓦斯抽采達(dá)標(biāo)評價(jià)工作的成敗?！彼潞拥V抽放管理部主任工程師原鵬程說，“每一次取樣精度低時(shí)，我們就更加堅(jiān)定解決這一技術(shù)難題。”

功夫不負(fù)有心人。經(jīng)過前期的反復(fù)考察與多次研究試驗(yàn)，寺河礦成功研發(fā)了長距離定點(diǎn)密閉取芯技術(shù)裝置。他們將取樣鉆桿送達(dá)工作位置后，在水辮與鉆桿連接處投入橡膠球，通過泥漿泵加壓將橡膠球送至投球裝置的球座中，堵塞球座底部的導(dǎo)水孔，再用泥漿泵持續(xù)加壓，讓液壓截?cái)噤N釘并向前運(yùn)動(dòng)，聯(lián)動(dòng)關(guān)閉取樣內(nèi)筒的球閥和解吸球閥，實(shí)現(xiàn)真正意義上的密閉取樣，確保煤層瓦斯取樣精度。

在敲定最終方案之后，寺河礦優(yōu)選出多處代表性施工地點(diǎn)，并針對不同地點(diǎn)編制實(shí)施方案。他們將長距離定點(diǎn)密閉取芯技術(shù)裝置與常規(guī)方法進(jìn)行對比測試，評價(jià)深孔密閉取樣瓦斯含量測定效果，最終尋找出一套真正行之有效的方案。在首次試驗(yàn)中，該方案的最長取樣深度達(dá)到510米，共計(jì)獲取煤芯22個(gè)，密閉效果良好，取樣過程中的瓦斯損失量微乎其微。

實(shí)現(xiàn)井下瓦斯含量準(zhǔn)確測定

“長距離定點(diǎn)密閉取芯技術(shù)裝置成功應(yīng)用后，我們有效解決了煤層瓦斯含量檢測軌跡偏差大、檢測范圍小、測定結(jié)果失真等問題，實(shí)現(xiàn)了煤礦井下瓦斯含量準(zhǔn)確測定。這項(xiàng)技術(shù)成果對煤礦瓦斯超前治理、瓦斯抽采利用具有重要意義，應(yīng)用前景十分廣闊?！彼潞拥V抽放管理部部長高磊說。

打開9月12日的瓦斯抽放進(jìn)尺日報(bào)表，筆者看到上面詳細(xì)記錄了當(dāng)天34臺鉆機(jī)的進(jìn)尺，其中有一臺鉆機(jī)的單孔進(jìn)尺達(dá)到393米。而這臺鉆機(jī)施工的取樣鉆孔，就應(yīng)用了長距離定點(diǎn)密閉取芯技術(shù)裝置。

“應(yīng)用長距離定點(diǎn)密閉取芯技術(shù)裝置以來，我們不僅實(shí)現(xiàn)了對井下長距離煤芯的定點(diǎn)采集，避免了交叉作業(yè)，而且保證了取樣過程中全程密閉，縮短了煤芯暴露時(shí)間，大幅提升了煤層瓦斯含量測定精確性?！彼潞拥V探放水一隊(duì)主管技術(shù)員金輝說。

自9月以來，寺河礦定向鉆機(jī)進(jìn)尺取得連續(xù)突破，最終創(chuàng)下了日進(jìn)尺7317米的全國新紀(jì)錄。