“原有的鉆井法多采用一次超前鉆進(jìn)，鉆一口直徑7米左右的礦井，要進(jìn)行3次擴(kuò)孔。”近日，中國(guó)建筑業(yè)協(xié)會(huì)建筑工程技術(shù)專家委員會(huì)委員、中煤礦山建設(shè)集團(tuán)鉆井專家史基盛介紹，“擴(kuò)孔雖然可以有效利用鉆機(jī)能力，但是存在一些問(wèn)題。比如：多次擴(kuò)孔需要多個(gè)擴(kuò)孔鉆頭，設(shè)備占用時(shí)間長(zhǎng)、工效低、成井速度慢。”

能否實(shí)現(xiàn)一次擴(kuò)孔成井呢？

中煤礦山建設(shè)集團(tuán)與4家公司、2家科研院校，承擔(dān)了《“一擴(kuò)成井”快速鉆井法鑿井關(guān)鍵技術(shù)及裝備研究》這一國(guó)家“十一五”科技支撐計(jì)劃課題。

經(jīng)過(guò)多年的實(shí)踐，“一擴(kuò)成井”及相關(guān)技術(shù)如今已在安徽淮北礦業(yè)集團(tuán)袁店二礦、淮南朱集西煤礦中應(yīng)用，最大鉆井直徑9.8米，最大鉆井深度545米，累計(jì)鉆進(jìn)深度達(dá)3000多米。由中煤礦建集團(tuán)等單位申報(bào)的《“一擴(kuò)成井”快速鉆井法鑿井關(guān)鍵技術(shù)及裝備研究》項(xiàng)目，榮獲2012年度國(guó)家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。

該項(xiàng)目創(chuàng)新了鉆井法施工工藝，為我國(guó)深厚沖積層煤炭資源的開(kāi)發(fā)提供了技術(shù)保障，也為西部軟巖地區(qū)使用鉆井法施工創(chuàng)造了條件。

要想實(shí)現(xiàn)“一擴(kuò)成井”，先要改造鉆機(jī)。2006年7月，一臺(tái)取名“AD130/1000型”的豎井鉆機(jī)問(wèn)世。“它的最大施工直徑達(dá)13米，最大鉆井深度達(dá)1000米以上。”史基盛說(shuō)。

2007年初夏，在袁店二礦副井施工中，“一擴(kuò)成井”技術(shù)第一次在施工中應(yīng)用。

該井鉆井深度307.8米，鉆井直徑9.3米，井筒口徑是當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)最大的。面對(duì)挑戰(zhàn)，他們決定采用“一擴(kuò)成井”技術(shù)。

“一擴(kuò)”的前提是“一鉆”，先鉆出一個(gè)6.1米寬的超前孔，再?gòu)?.1米“擴(kuò)”到9.3米。這對(duì)鉆頭、刀具等設(shè)備的使用，和對(duì)泥漿、井幫穩(wěn)定性等都提出了新的要求。

鉆頭在鉆井施工中非常重要。鉆頭最主要的部分是位于最前端的切割刀具，術(shù)語(yǔ)叫滾刀。它主要作用是切割、擠壓、沖擊、破碎巖石。

“公司專門研發(fā)的新型鉆頭，既可以隨鉆桿公轉(zhuǎn)，鉆頭上的每個(gè)滾刀又可以自轉(zhuǎn)。”談到滾刀的創(chuàng)新，史基盛如數(shù)家珍，“我們研制了新型巖石滾刀、表土滾刀。在材質(zhì)選取上，首次采用了高強(qiáng)度耐磨鑄鋼和低碳合金鋼；在刀具結(jié)構(gòu)上，采用了楔齒滾刀體結(jié)構(gòu)；在鑄造工藝上，研發(fā)了新型雙金屬離心鑄造工藝。簡(jiǎn)單說(shuō)就是：以前是焊上去的，現(xiàn)在是整體鑄造的。”

鉆頭上另一個(gè)重要的部位叫吸收口。施工人員通過(guò)理論分析和計(jì)算機(jī)模擬，建立了鉆頭泥漿流動(dòng)規(guī)律模型，提出了滾刀、吸收口的優(yōu)化布置理論，解決了大截割帶巖屑的高效吸收問(wèn)題。

對(duì)鉆井泥漿液的改造同樣重要。一方面，施工技術(shù)人員調(diào)配了合適的泥漿，保護(hù)了井壁；另一方面，應(yīng)用泥漿固化技術(shù)和泥漿再利用等技術(shù)，減少了泥漿排放，僅袁店二礦副井減少了1.3萬(wàn)立方米。

施工中，中煤礦建集團(tuán)還對(duì)鉆井法鑿井進(jìn)行了全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，保證“一擴(kuò)成井”鉆井工藝的安全實(shí)施，形成了“一擴(kuò)成井”鉆進(jìn)過(guò)程中井幫穩(wěn)定性控制及安全保障關(guān)鍵技術(shù)。

2007年12月21日，袁店二礦副井開(kāi)始井筒施工的“擴(kuò)井”作業(yè)，2008年4月21日“擴(kuò)井”到底。該井有效鉆進(jìn)298天，縮短工期達(dá)5個(gè)月，成井偏斜率0.023%。

2010年2月，中煤礦建集團(tuán)又用該法施工完成了淮南朱集西煤礦矸石井。該井筒鉆進(jìn)直徑7.7米，鉆井深度545米，平均成井速度為每月40.6米。

2010年12月26日，淮北礦業(yè)集團(tuán)信湖煤礦風(fēng)井開(kāi)工建設(shè)，中煤礦建集團(tuán)繼續(xù)采用“一擴(kuò)成井”技術(shù)。該井鉆進(jìn)直徑9.8米，鉆進(jìn)深度472米。2012年6月25日，該井全部竣工，成為國(guó)內(nèi)9米直徑的鉆井井筒中建井速度最快的，成井偏斜率控制在0.02%之內(nèi)。