兩淮煤炭基地十年攻關(guān)
——回憶凍結(jié)、鉆井特殊鑿井技術(shù)的攻關(guān)和應(yīng)用

文 /張永成

2017年，煤炭科學(xué)研究總院迎來了60 周年華誕。60年來，煤科總院累計承擔(dān)了行業(yè)70%的國家重點(diǎn)科技計劃項(xiàng)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(chǔ)性的重大課題。為紀(jì)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(jì)念文章，真實(shí)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(xiàn)精神勇攀煤炭科技高峰的典型事跡，用一項(xiàng)項(xiàng)輝煌的科技成果書寫了煤炭科技事業(yè)的不朽篇章，引領(lǐng)了煤炭工業(yè)的數(shù)次技術(shù)革命。

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

為了發(fā)展國民經(jīng)濟(jì)，建設(shè)華東能源基地，上世紀(jì)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(dāng)?shù)馈捌ず袢夥省薄＿@“皮”指的是第四紀(jì)沖積層、非固結(jié)的流砂層、含水層、粘土層等地層，累計深度達(dá)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(yàn)。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(dān)責(zé)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(jì)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(jié)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(jié)法鑿井的經(jīng)驗(yàn)，開鑿深度可以達(dá)到600 米，領(lǐng)導(dǎo)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(guān)領(lǐng)導(dǎo)，大家聚精會神地聽取了總工程師關(guān)于兩淮煤炭基地的近期和遠(yuǎn)景規(guī)劃、當(dāng)前的建設(shè)規(guī)模和遇到問題的介紹。當(dāng)時，會議明確提出了建設(shè)井筒面臨的難題，即第四紀(jì)流砂層、含水層、粘土層總厚度達(dá)400～500米，而且要在粘土層厚度大、膨脹量大的復(fù)雜條件下建井。原計劃請國外公司承攬1～2個凍結(jié)井筒，以便獲得外國的技術(shù)、裝備，少走彎路。德國專家埃森科學(xué)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(lǐng)導(dǎo)問他們用什么方法開鑿井筒比較好、能否承接工程項(xiàng)目等問題，德國專家研究后表示，對在這種復(fù)雜地質(zhì)條件下建井特別感興趣，且有采用凍結(jié)法打井通過不穩(wěn)定的第三紀(jì)地層的經(jīng)驗(yàn)，但是對在第四紀(jì)沖積層又這么復(fù)雜的地層中打井沒有經(jīng)驗(yàn)，所以不能承擔(dān)工程項(xiàng)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(guān)鍵技術(shù)——通過深厚的第四紀(jì)沖積層鑿井這個難題仍然無解。當(dāng)時兩淮建設(shè)指揮部剛剛成立，領(lǐng)導(dǎo)很著急。負(fù)責(zé)兩淮基地建設(shè)的煤炭部鐘子云副部長找到了煤炭科學(xué)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(shè)服務(wù)。徐石副院長找我談話，說明了領(lǐng)導(dǎo)的要求，我的答復(fù)是不能搬。徐石副院長要求我當(dāng)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(fù)責(zé)人，讓他匯報一下。”我開始很緊張，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(xì)地聽我匯報。我說：“建井所不能搬家，因?yàn)橐话峋蜕⒘恕７驄D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(xué)，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(wù)。再說試驗(yàn)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(jié)研究室及其試驗(yàn)室、鉆井研究室及其試驗(yàn)室的人員名單，一共80多人，說：“我?guī)ш?duì)立即投入兩淮基地建設(shè)，全力以赴！”鐘子云副部長想了想，立即指示：“兩淮建設(shè)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。”就這樣，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(guān)

參加兩淮會戰(zhàn)的課題組人員，從凍結(jié)、鉆井、工作面注漿到巷道加固等專業(yè)隊(duì)伍，前后有近百人，同時去兩淮工作的人員最多時達(dá)60多人。經(jīng)過幾次會議，我們確定了20多項(xiàng)凍結(jié)攻關(guān)課題，10多項(xiàng)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(fēng)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(dá)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(jìn)行凍結(jié)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(dá)34～35 ℃，而井下的溫度是-3～-4 ℃，溫差達(dá)40 ℃上下，剛?cè)刖畷r如同掉進(jìn)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(lǐng)導(dǎo)和兄弟單位的配合下，克服困難，攻克了建井關(guān)鍵技術(shù)難題，受到了國內(nèi)外專家的贊許和煤炭部的表彰。

組織攻關(guān)的過程困難重重。開始時，建井所設(shè)計的凍結(jié)壁厚度為4米，但無人審批，無單位核準(zhǔn)。對于這種情況，大家都無經(jīng)驗(yàn)，于是召開了全國性會議，會議紀(jì)要中提到“會議認(rèn)為凍結(jié)壁厚度4米是可行的”，就這樣才能一步步設(shè)計下去。攻關(guān)，從凍結(jié)法鑿井來說，主要是凍結(jié)設(shè)計關(guān)、凍結(jié)關(guān)、凍結(jié)井筒井壁關(guān)、凍結(jié)施工關(guān)等等，主要涉及地壓計算、凍結(jié)壓力計算、打鉆測斜等一系列問題，情況復(fù)雜，難度大。為此，建井所的同志進(jìn)行了長期、大量的現(xiàn)場和試驗(yàn)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(shè)計和施工提供了依據(jù)。此外，還要設(shè)計、制造新鉆機(jī)、新的陀螺測斜儀。隨著工程的推進(jìn)，新問題不斷涌現(xiàn)，如凍結(jié)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(fēng)井、謝橋副井都發(fā)生過嚴(yán)重的淹井事故，經(jīng)過努力搶修才得以恢復(fù)。在兩淮會戰(zhàn)中，我們的凍結(jié)法鑿井從凍結(jié)深度100～200米逐步延伸到了潘三東風(fēng)井通過第四紀(jì)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(shù)上的巨大飛越，達(dá)到了世界先進(jìn)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(jié)構(gòu)問題、泥漿處理問題、造粒問題，還有鉆機(jī)能力不足，能只鉆風(fēng)井，于是我們又設(shè)計了新型鉆機(jī)、新型刀具，使鉆井法鑿井技術(shù)水平不斷提高。在施工潘集三礦西風(fēng)井時，鉆井直徑達(dá)到9米，成井直徑為6米，通過第四紀(jì)沖積層厚度達(dá)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(fēng)險，我們只好自力更生，組織專家攻堅克難。到上世紀(jì)80年代初期，建井所會同設(shè)計單位、施工單位、制造單位等大批人員一起攻關(guān)，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(jié)法鑿井技術(shù)水平達(dá)到435米，鉆井法鑿井深度達(dá)到508米，圓滿完成了上級交給的任務(wù)。