兩淮煤炭基地十年攻關
——回憶凍結、鉆井特殊鑿井技術的攻關和應用

文 /張永成

2017年，煤炭科學研究總院迎來了60 周年華誕。60年來，煤科總院累計承擔了行業(yè)70%的國家重點科技計劃項目，獲得了行業(yè)60%的國家級科技獎勵，攻克了一系列行業(yè)共性、基礎性的重大課題。為紀念60年的發(fā)展歷程，煤科總院的前輩和專家撰寫了一批紀念文章，真實記錄了幾代煤炭科技人員懷著對祖國和煤炭事業(yè)的熱愛，以無私奉獻精神勇攀煤炭科技高峰的典型事跡，用一項項輝煌的科技成果書寫了煤炭科技事業(yè)的不朽篇章，引領了煤炭工業(yè)的數(shù)次技術革命。

銘記歷史，不忘初心，中國煤炭學會黨委遴選出部分紀念文章以饗讀者。這些生動的文字記載了重大科研攻關事件、科技創(chuàng)新歷程和科技領軍人物，定會鼓舞后來者在新時代煤炭科技征程中敢于擔當，再創(chuàng)輝煌。

為了發(fā)展國民經(jīng)濟，建設華東能源基地，上世紀70年代初期，上級決定開發(fā)兩淮（安徽淮南、淮北煤田，簡稱“兩淮”）煤炭基地。但是開發(fā)過程困難重重，首先是攔路虎當?shù)馈捌ず袢夥省薄＿@“皮”指的是第四紀沖積層、非固結的流砂層、含水層、粘土層等地層，累計深度達400～500米。這種地層為世界罕見，如何剖開這層“厚皮”，我們沒有經(jīng)驗。這“肉”指的是儲量豐富的煤田。如何開鑿豎井，用什么方法通過這種地層，誰也不知道，也無法承擔責任。怎么辦？是請外國專家，還是依靠建井所科研力量？

德國專家卻步

從上世紀50年代末開始，我們在淮北煤田沖積層較淺的地方（深度50～100米），試著用沉井法和凍結法開發(fā)，而現(xiàn)在要開發(fā)400～500 米深的流砂層、粘土層，困難太大。我們知道俄羅斯、德國、波蘭等一些國家有凍結法鑿井的經(jīng)驗，開鑿深度可以達到600 米，領導層研究決定，請德國專家?guī)兔Α?/p>

那天，在兩淮煤炭基地會戰(zhàn)指揮部的大會議室里，坐滿了中外建井界的專家和有關領導，大家聚精會神地聽取了總工程師關于兩淮煤炭基地的近期和遠景規(guī)劃、當前的建設規(guī)模和遇到問題的介紹。當時，會議明確提出了建設井筒面臨的難題，即第四紀流砂層、含水層、粘土層總厚度達400～500米，而且要在粘土層厚度大、膨脹量大的復雜條件下建井。原計劃請國外公司承攬1～2個凍結井筒，以便獲得外國的技術、裝備，少走彎路。德國專家埃森科學研究院建井所所長克尼科邁耶爾，臺爾曼-哈尼爾建井公司副總經(jīng)理、建井專家施托斯先生參加了會議。與會領導問他們用什么方法開鑿井筒比較好、能否承接工程項目等問題，德國專家研究后表示，對在這種復雜地質條件下建井特別感興趣，且有采用凍結法打井通過不穩(wěn)定的第三紀地層的經(jīng)驗，但是對在第四紀沖積層又這么復雜的地層中打井沒有經(jīng)驗，所以不能承擔工程項目。

請外國專家這條路行不通，問題仍然留給了中國建井界。

建井所參戰(zhàn)

兩淮礦建工程紛紛上馬，而關鍵技術——通過深厚的第四紀沖積層鑿井這個難題仍然無解。當時兩淮建設指揮部剛剛成立，領導很著急。負責兩淮基地建設的煤炭部鐘子云副部長找到了煤炭科學研究院副院長徐石，提出要建井所搬家，搬到兩淮來，直接為兩淮基地建設服務。徐石副院長找我談話，說明了領導的要求，我的答復是不能搬。徐石副院長要求我當面向鐘子云副部長匯報。于是，我和徐石副院長到了淮南洞山，向鐘子云副部長匯報。徐石副院長指著我說：“他是建井所負責人，讓他匯報一下?！蔽议_始很緊張，不知道鐘子云副部長要說什么狠話，沒想到鐘子云副部長態(tài)度很平和，非常仔細地聽我匯報。我說：“建井所不能搬家，因為一搬就散了。夫婦倆都在所里的僅有20多人，其他人的另一半在外單位，小孩在上學，一搬就亂了。課題組要重新組織，專業(yè)不全，人員不配套，就無法為兩淮服務。再說試驗室都在北京，也搬不走……”鐘子云副部長隨即問：“你說怎么辦？”我立刻拿出凍結研究室及其試驗室、鉆井研究室及其試驗室的人員名單，一共80多人，說：“我?guī)ш犃⒓赐度雰苫椿亟ㄔO，全力以赴！”鐘子云副部長想了想，立即指示：“兩淮建設指揮部騰出一間辦公室給建井所，所有的文件都給他們一份?！本瓦@樣，我成了駐兩淮的“大使”了，至于建井所搬家的事，以后誰也沒有再提起，我們也沒有對外公布此事。

艱苦攻關

參加兩淮會戰(zhàn)的課題組人員，從凍結、鉆井、工作面注漿到巷道加固等專業(yè)隊伍，前后有近百人，同時去兩淮工作的人員最多時達60多人。經(jīng)過幾次會議，我們確定了20多項凍結攻關課題，10多項鉆井課題。同志們在參加兩淮會戰(zhàn)時，炎熱的夏天蚊蟲叮咬，夜里睡不好覺；寒冷的冬天風雪交加，有的帶病工作，有的長期出差在現(xiàn)場，數(shù)月甚至半年不能回家，個別同志長達一年堅持在現(xiàn)場工作，春節(jié)也是在現(xiàn)場度過的。大家克服了工作上、生活上的各種困難，妻子生小孩或者家人生病都無法回家照顧，堅持奮斗在昔日的淮海戰(zhàn)場上。

為了進行凍結井筒的數(shù)據(jù)量測，要到井下去，同志們便抱著棉襖到井口，穿上棉襖下井。夏天，地面溫度達34～35 ℃，而井下的溫度是-3～-4 ℃，溫差達40 ℃上下，剛入井時如同掉進冰窖里，升井時又如同把人扔到火爐里。建井所課題組的全體人員不辭辛勞，在領導和兄弟單位的配合下，克服困難，攻克了建井關鍵技術難題，受到了國內外專家的贊許和煤炭部的表彰。

組織攻關的過程困難重重。開始時，建井所設計的凍結壁厚度為4米，但無人審批，無單位核準。對于這種情況，大家都無經(jīng)驗，于是召開了全國性會議，會議紀要中提到“會議認為凍結壁厚度4米是可行的”，就這樣才能一步步設計下去。攻關，從凍結法鑿井來說，主要是凍結設計關、凍結關、凍結井筒井壁關、凍結施工關等等，主要涉及地壓計算、凍結壓力計算、打鉆測斜等一系列問題，情況復雜，難度大。為此，建井所的同志進行了長期、大量的現(xiàn)場和試驗室測量，測凍土、測壓、測溫、測變形，積累了幾十萬個數(shù)據(jù)，通過分析研究找出規(guī)律，為設計和施工提供了依據(jù)。此外，還要設計、制造新鉆機、新的陀螺測斜儀。隨著工程的推進，新問題不斷涌現(xiàn)，如凍結管防斷、井壁防裂等，但都被一一解決。

施工中也付出過沉重代價，其中潘一東風井、謝橋副井都發(fā)生過嚴重的淹井事故，經(jīng)過努力搶修才得以恢復。在兩淮會戰(zhàn)中，我們的凍結法鑿井從凍結深度100～200米逐步延伸到了潘三東風井通過第四紀沖積層的厚度358.5米，凍深415米，井筒凈直徑6.5米，這是技術上的巨大飛越，達到了世界先進水平。

鉆井法鑿井方面也是問題成堆：鉆桿斷裂，幾百噸重的鉆頭掉在井下，泥包鉆頭，粘土層膨脹，上部粘土層縮徑，而鉆頭在井下，提不上來；測斜問題、井壁結構問題、泥漿處理問題、造粒問題，還有鉆機能力不足，能只鉆風井，于是我們又設計了新型鉆機、新型刀具，使鉆井法鑿井技術水平不斷提高。在施工潘集三礦西風井時，鉆井直徑達到9米，成井直徑為6米，通過第四紀沖積層厚度達440.8米，鉆深508米。

兩淮會戰(zhàn)開始想找外國公司施工，但他們不肯冒風險，我們只好自力更生，組織專家攻堅克難。到上世紀80年代初期，建井所會同設計單位、施工單位、制造單位等大批人員一起攻關，雖然付出了代價，但是取得了一大批科研成果，攻克了許多難題，使凍結法鑿井技術水平達到435米，鉆井法鑿井深度達到508米，圓滿完成了上級交給的任務。