摘要：针对潞安化工集团温庄矿井3号与15号碎软煤层采用传统高压水钻进行瓦斯抽采钻孔时，频发塌孔、卡钻及钻进效率低下等难题，本研究立足矿井煤层特性与现有设备条件，创新性提出“井上制氮-井下增压”的氮气气动钻进技术方案，并系统开展井下氮气气动回转（普钻）与定向钻进现场试验。研究结合工程实际，依据气固两相流能量守恒原理，深入剖析钻进过程中的能量损失机制，分别构建适用于普钻与定向钻的氮气气动钻进最低风压、风量需求数学模型，定量揭示钻进速度、钻具回转速度与氮气风量、风压间的内在关联。在温庄煤矿回风顺槽掘进工作面，设计 16个钻孔（普钻、定向钻各8孔），系统测试0.6-1.4MPa氮气压力与600-800 m3/h流量工况下的关键参数。结果表明，相较于传统高压水钻工艺，氮气气动钻进技术在碎软煤层中优势显著。普钻平均钻进效率提升近一倍，最高达51m/h，定向钻效率同样得以提高；塌孔卡钻发生率大幅降低，普钻成孔率达94%，定向钻成孔率达87%。同时，理论模型计算值与现场实测数据高度吻合，平均误差控制在12%以内，可有效指导钻进核心工艺参数的合理设置与优化。该技术充分利用现有基础设施，设备成熟可靠且易于推广，不仅减少钻井液使用及其对地下水层的潜在影响，还通过高纯度氮气遏制钻头爆燃风险，显著提升瓦斯抽采钻孔施工效率与安全性，为煤炭行业碎软煤层钻孔及瓦斯治理提供重要技术参考。
文章目录
0 引 言
1 氮气气动钻进理论模型构建
1.1 氮气普钻最低风压与风量理论模型
1.2 氮气定向钻最低风压与风量理论模型
2 现场试验应用
2.1 矿井基本情况
2.2 氮气气动钻进原理
2.3 氮气钻进关键设备选型
2.4 碎软煤层氮气气动钻进工艺流程
3 试验方案与结果分析
3.1 碎软煤层氮气气动钻进实验方案
3.2 氮气普钻最小风压与风量数据分析
3.3氮气定向钻最小风压与风量数据分析
4 结论
