40年来，我国煤矿井下坑道钻探技术与装备得到了长足发展，取得了一批标志性原创成果，为我国煤矿安全高效生产和煤层气开发做出突出贡献。然而，我国煤矿井下坑道钻探理论研究较为薄弱，支撑技术与装备研发能力欠缺;其次，各煤矿区煤层赋存条件、坑道钻探技术与装备水平、技术人员综合素质、施工管理水平也存在较大差异，因此必须结合我国煤矿实际情况发展和完善坑道钻探技术与装备体系。在新时期内，为提升坑道钻探施工的自动化程度和智能化水平，以降低钻探施工风险、减轻矿工劳动强度，逐步推动国产化钻探装备向高端制造业迈进，提出以下关于坑道钻探技术与装备的发展建议。

　　1. 坑道钻探基础理论与方法研究

　　煤矿井下坑道钻探是一个复杂系统，其所面临的对象是复杂多变的地质体，因此需要进一步梳理我国各煤矿区煤炭赋存条件和矿井灾害类型，为坑道钻探设备与工艺优选提供依据;加强坑道钻机结构和液压系统动态特性分析和试验研究，为坑道钻机设计及升级改造提供基础支撑;加大多物理场耦合作用下坑道钻探破岩机理与孔壁失稳机理研究，构建煤矿井下坑道钻机-钻具与地层的耦合模型，为坑道钻探施工工艺优化、钻具设计和主动防护体系建立提供重要参考;加快煤系地层识别方法与理论研究，为煤矿井下坑道优快钻进提供保障，进一步提升坑道钻孔施工效率和灾害防治的精准性;深入开展近水平坑道钻探钻孔轨迹控制机理与方法研究，为煤系地层中钻孔轨迹调控和智能决策提供依据。

　　2. 超大直径顶板高位定向成孔技术开发

　　顶板高位定向大直径钻进成孔技术与装备的研发推动了“以孔代巷”技术的发展，但还存在着一次成孔直径小、钻进效率低、施工劳动强度大等不足，为满足直径 300 mm以上高位定向钻孔成孔需要，应开展电液控制钻机及大泵量泥浆泵车的研制工作，钻机最大输出转矩大于20 000 N·m，同时应提升钻机自动化控制能力，加强国产化高性能液压元件的研发力度，积极探索推动基于VR虚拟现实技术的坑道钻机设计理念;进行配套定向钻具的研制工作，包括螺杆钻具、高强度定向钻杆和PDC钻头;加快矿用冲击螺杆钻具、扭力冲击器、高压液动冲击器等快速破岩工具研制，满足顶板坚硬岩层快速破岩需要;开展煤矿井下坑道钻探用大流量冲洗液循环系统的研制，解决超大直径钻孔施工冲洗液消耗大和排污量大的难题;开展井下坑道钻探工厂化作业模式研究，提高超大直径顶板高位定向钻孔施工流程化程度。

　　3. 煤矿井下旋转导向钻进系统的研制

　　旋转导向钻进技术被视为定向钻井技术的一场革命，主要由一套信息闭环控制系统和导向装置组成，能够在钻杆柱旋转钻进时连续和实时调控井眼轨迹，显著提高井眼轨迹控制质量、降低钻井周期，在油气勘探开发中应用广泛，但在煤矿井下坑道钻探领域处于起步阶段。根据现阶段国内外旋转导向技术发展现状及我国煤矿井下坑道钻探施工特点，首先研发防爆型小直径推靠式旋转导向系统，包括开发小直径导向控制、孔内工程参数测量系统、高精度信号快速传输技术、可靠的孔内大功率防爆供电技术，然后发展指向式旋转导向系统。可以预见，煤矿井下坑道旋转导向钻进系统将在顺煤层超长定向钻孔、顶板超大直径瓦斯抽采钻孔、底板坚硬岩层防治水钻孔、大直径防冲卸压钻孔、煤矿井下工程钻孔等施工中彰显其巨大优势。但同时也应该看出，煤矿井下坑道旋转导向系统的研发与应用不可能一蹴而就，只有通过不断创新和工程实践，才能形成丰富、完善的坑道钻探旋转导向钻进技术体系，这依赖于理论研究的深入和关键核心技术的突破。

　　4. 高精度随钻测量系统的研制

　　目前，现有的随钻测量系统主要为实现钻孔姿态参数测量，其几何测量精度已基本能满足坑道钻探需要。但随着坑道钻探精细化、智能化程度的提升，需要随钻测量系统提供更多的测量参数，包括钻头位置的转矩、钻压、转速、振动、温度、伽马、电阻率等参数，因此，需要研究工程参数测量技术，并能将测量参数快速上传至孔口，为钻进工艺参数优化和钻进策略调整提供参考;需要研究自然伽马和方位伽马测量技术，建立地层识别判据，进行煤层界面预测和岩性快速识别，为钻孔轨迹沿目标地层有效延伸或精确进入目标靶区提供指导，从而实现精确地质导向钻进;研究近钻头数据传输技术，包括过线螺杆马达技术和无线电磁波短传技术，进一步提升钻孔轨迹控制质量，减少不必要的探顶开分支施工。

　　5.钻孔机器人的研制

　　煤矿灾害类型多、风险大，对坑道钻探施工作业人员存在潜在的威胁，尤其在矿井水害探查、高瓦斯防突、冲击地压卸压钻孔施工过程中，因此，开展钻孔机器人研制、推进煤矿井下坑道钻探技术与装备向智能化方向转型升级，最终实现坑道钻探无人化施工已是大势所趋。2019年，国家煤矿安全监察局发布《煤矿机器人重点研发目录》，对探水钻孔、防突钻孔和防冲钻孔机器人提出具体要求。在钻孔机器人功能方面，需要研究钻孔机器人远程交互操作、自动调整钻姿、智能钻孔规划、钻孔自主巡航定位、钻进工况智能感知、自适应钻进等关键技术;在钻孔机器人可靠性方面，需要研究可靠的钻孔机器人机械结构、控制系统等关键技术，以适应复杂的坑道钻探施工环境和钻进工况;在钻孔机器人通信方面，主要包括孔内通信和井上下通信，需要研制智能钻杆、智能钻头等孔内钻具，实现钻进参数实时测量与反馈，结合5G通信技术进行井上下通信，进一步提高信息传输的稳定性和抗干扰能力。积极推动坑道钻探装备研发和制造的智能化，推进传统制造业智能化升级改造。

参考文献：《我国煤矿井下坑道钻探技术装备40年发展与展望》