复杂煤岩层定向钻进技术（中国煤科西安研究院方俊团队研究成果）

来源：煤田地质与勘探

方俊，男，1985年生，湖北谷城人，博士，副研究员，《工矿自动化》青年专家委员会委员。2011年起任职于中煤科工集团西安研究院有限公司，一直致力于煤矿区钻探技术装备、矿井地质保障与灾害防治技术研究工作，先后主持和参与国家科技重大专项、国家重点研发计划、陕西省重点研发计划等各类科研项目近40项，参与研发了煤矿井下大功率定向钻进技术装备和旋转导向钻进技术装备，为高瓦斯矿井大盘区瓦斯采前预抽提供了技术装备保障；开发了碎软煤层气动定向钻进技术、复杂煤岩层无线随钻复合排渣定向钻进技术，为复杂条件矿井精准瓦斯治理提供了新的技术途径；开发了顶板岩层高位定向钻孔大直径高效钻进技术，推动了以定向钻孔代替高抽巷的技术进步；开发了定向钻孔顺层注浆或探放水、定点探放老空水及超前精确探查地质异常体等技术，为煤矿井下超前区域水害隐患防治和隐蔽致灾因素精确探查提供了技术装备保障，相关成果推广应用广泛，经济和社会效益显著。先后获得省部级一等奖4项、二等奖4项、三等4项，中国煤炭科工集团一等奖2项、二等奖2项，中国专利优秀奖1项；主持编制行业标准1项、参与编制行业标准4项；申请发明专利64项，其中已授权39项；发表论文51篇，其中EI收录9篇；参编著作5部。

专题整理于2022-07-14。

行业视野: 智能化
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我国煤矿井下智能化钻探技术装备发展与展望

作者(Author)：李泉新, 刘飞, 方俊, 刘建林, 褚志伟

摘要：煤矿井下智能化钻探技术装备是煤矿智能化建设的重要组成部分，也是当前煤矿企业深入推进减人增效工作所急需的先进技术装备。系统总结了“十三五”期间我国煤矿井下智能化钻探技术装备所取得的阶段性成果，重点介绍了自动化钻机、随钻参数监测系统和旋转导向系统等关键技术装备的发展现状。全面分析了制约井下智能化钻探技术装备研发与应用的关键因素：钻机智能化水平较低、随钻探测数据类型少、多系统集成控制难。在此基础上提出深入推进数字化、网络化、智能化技术与传统坑道钻探技术结合，强化多学科融合和协同创新能力；并不断加强智能化钻探技术装备研发与应用人才的培养力度，以技术装备为支撑、以数字化平台为保障、以人才队伍建设为基础；在智能化钻机、高精度数据获取与传输技术、钻孔轨迹智能优化与控制技术、辅助关联设备集成控制技术、数字化钻进平台开展攻关，以实现煤矿井下钻孔全流程智能化施工作业。

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煤田地质与勘探

2021年第06期

493

732
顺煤层超长定向钻孔复合钻进摩阻规律研究

作者(Author)：许超, 姜磊, 王鲜, 方俊, 陈盼, 刘智

摘要：煤矿井下超长孔定向钻进中孔内摩阻是限制其成孔率及成孔效率的主要因素，为适应大盘区瓦斯抽采模式的客观需求，研究实钻过程中摩阻及其影响规律。为顺煤层超长定向钻孔复合钻进减摩阻工艺参数选取提供依据，对煤矿井下顺煤层近水平复合钻进工况下钻柱的钻具运动特性及受力状态进行分析。通过一定的条件假设，建立复合钻进轴向摩擦阻力和旋转摩擦扭矩力学模型，通过数值计算，针对常用ø89 mm定向钻具组合，在不同孔深及钻进工艺参数匹配下的摩阻规律特性进行分析。结果表明：机械钻速、钻具转速、钻孔深度是滑动摩擦阻力和旋转摩擦扭矩的主控影响因素，与超长定向钻孔实钻参数统计分析对比，推进阻力和旋转扭矩变化规律与模型计算结果吻合，该结果对于指导近水平钻孔复合定向钻进工艺参数选取、钻进工况判断具有重要的现实意义，同时，对于煤矿井下自动化、智能化定向钻进控制系统设计开发具有借鉴意义。

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煤田地质与勘探

2021年第05期

297

130
碎软煤层空气泡沫复合定向钻进技术应用研究

作者(Author)：刘建林, 方俊, 褚志伟, 杨伟锋

摘要：针对碎软煤层空气定向钻进存在空气螺杆马达降温润滑，煤尘降尘处理和孔内煤层出水处置技术需求，在分析钻渣运移特性的基础上，通过集成稳定高效发泡、“机械+泡沫”复合排渣和“空气+泡沫”复合钻进等关键技术，配套定向钻机、泡沫发生灌注系统、空气螺杆马达、异形钻杆和随钻测量系统等关键装备，开发了碎软煤层空气泡沫复合定向钻进技术。在安徽省宿州市某矿开展了应用试验，在出水碎软煤层中顺利施工了主孔深度232 m顺煤层定向钻孔，与应用空气定向钻进技术施工的2个钻孔相比，成孔深度分别提高了97%和105%，显著提高了顺煤层定向钻孔成孔深度，增强了碎软煤层瓦斯抽采效果，同时达到了降温润滑空气螺杆马达，降低孔口返出煤尘目的，可为碎软煤层定向钻孔施工提供一种新的技术途径。

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煤田地质与勘探

2021年第05期

370

106
基于井下定向钻孔的矿井地质异常体探查方法与应用

作者(Author)：方俊

摘要：地质异常体是矿井灾害发生的主要隐蔽致灾因素，井下钻探工程是进行地质异常体探查、验证和治理的重要技术手段。针对常规钻孔探查距离短、精度低，且易存在探查盲区的不足，介绍了采用井下定向钻孔进行地质异常体探查的方案。总结地质异常体空间形态、岩性和钻探等识别特征，给出探查定向钻孔轨迹布设原则，得到基于定向钻孔的地质异常点和地质异常体空间计算定位方法，并从钻孔布设间距、钻孔轨迹测控精度、地层和地质异常识别精度、地质异常体发育规模等方面分析定向钻孔探查精度影响因素与解决方法。在焦作赵固二矿和宁东梅花井煤矿开展地质异常体探查试验，采用主孔与分支孔结合实现巷道条带煤层稳定性探查，探查距离达到621 m；采用定向钻孔群实现工作面充水水源区域探查，单孔最大出水量为10.2 m3/h，并对充水水源进行了疏放。试验结果表明，井下定向钻孔具有探查精度高、距离远等优点，实现地质异常体精确定位，为矿井灾害事故防治提供技术保障。

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煤田地质与勘探

2021年第04期

346

223
煤矿井下碎软煤层顺层钻完孔技术研究进展

作者(Author)：王力, 姚宁平, 姚亚峰, 王毅, 张杰, 方俊, 魏宏

摘要：我国碎软煤层赋存层位多、分布广，普遍存在构造应力复杂、瓦斯压力高、煤体力学强度低、渗透性差等特点，钻进时易塌孔、喷孔、孔壁失稳，导致钻进困难、孔内事故频发、成孔深度浅、钻孔堵塞、存在抽采盲区等问题。随着煤炭开采深度的不断增加，碎软煤层瓦斯抽采钻完孔就更加困难。因此，碎软煤层高效、深孔、精准钻进技术以及增透、增产、护孔的完孔技术一直是碎软煤层瓦斯治理的重大技术需求和研究热点。从护孔、排渣、轨迹控制、完孔等成孔的关键技术难题方面，总结了碎软煤层顺层钻完孔技术研究现状和应用情况，分析了目前碎软煤层钻进技术存在的问题，提出了改进完善建议，分析了内控导向式旋转定向钻进技术，多孔介质充填式筛管、折叠膨胀管完孔技术等碎软煤层钻完孔技术新进展，为进一步完善现有碎软煤层钻完孔技术提供了思路。

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煤田地质与勘探

2021年第01期

606

393
我国煤矿区钻探技术装备研究进展

作者(Author)：李泉新, 石智军, 田宏亮, 姚克, 刘建林, 姚亚峰, 许超, 俊, 刘飞

摘要：煤矿区钻探技术装备在煤层气(瓦斯)开发、保障煤矿安全生产等领域发挥着关键作用。我国煤层赋存地质条件、开采条件复杂，决定了煤矿区钻探技术装备的发展必须立足于我国煤矿区基本现状、走自主创新的道路。系统总结了“十一五”和“十二五”期间我国煤矿区钻探技术装备取得的代表性成果，全面介绍了煤矿区地面钻井与井下钻孔在煤层气(瓦斯)开发、水害防治、应急救援通道构建等方面取得的重要成果。针对新形势下煤矿安全高效生产对钻探技术装备的发展需求及其所面临的关键难题，提出了开发高可靠性、智能化钻探技术装备的发展方向，以期进一步提升煤矿区钻探技术水平、推动国产化钻探装备转型升级。

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煤田地质与勘探

2019年第02期

1102

389
动力水头对钻具轴向力的影响

作者(Author)：李田军, 鄢泰宁, 方俊

摘要：在冲洗液循环条件下,动力水头对钻具轴向力的影响不容忽视。从流体动力学入手,定性和定量分析了深孔钻进条件下,动力水头对钻压的影响。举离力是钻具轴向力的重要组成部分,工程实例证明,在深井中举离力对轴向力的影响更大。因此,准确计算循环钻井液动力水头产生的举离力,对于正确分析钻具轴向力、估算实际钻压具有重要的意义。

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煤田地质与勘探

2010年第06期

255

190
基于小波分析的钻探孔内工况识别技术

作者(Author)：鄢泰宁, 张杰, 方俊, 邵春, 张涛

摘要：根据地表钻探参数识别钻孔内工况是降低钻孔内事故的有效途径之一。在传统孔内工况识别技术基础上,利用小波分析提取孔内工况突变特征信息,并在相应典型工况识别表上对其变化斜率进行映射,快速识别当前工况,从而形成孔内工况早期快速识别技术。通过对CUG-2钻参仪采集的钻探参数进行信号分析,验证了该技术能有效地、准确地识别钻孔内典型工况。

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煤田地质与勘探

2010年第05期

216

177