我国露天煤矿普遍采用抽排方式进行地下水控制以满足煤炭资源安全开采要求，这种方式对水资源造成极大破坏，严重影响煤矿周边的生态环境。近年来，随着我国社会经济的全面发展，国家对生态环境保护、生态文明建设提出了更高要求，如何优化、转变露天煤矿地下水控制方式，减少矿坑疏排水量是露天煤矿防治水工作普遍面临的崭新课题。采用截水帷幕技术取代疏排降水技术，由被动疏水变为主动截水，是解决露天煤矿因疏排水带来诸多问题的根本措施。以内蒙古扎尼河露天煤矿、元宝山露天煤矿截水帷幕实施过程为例，介绍我国露天煤矿截水帷幕设计理念、施工工艺和截水帷幕材料，在实践过程中，突破了防渗膜大深度垂向隐蔽铺设与连接技术瓶颈；研发了超长槽段连续开挖及浇筑工艺，大幅减少接头数量；研制粉煤灰−水泥混合浆体与HDPE防渗膜的复合帷幕材料，提高帷幕抗渗与抗变形性能；构建帷幕质量与截水效果综合检验体系，掌握了露天煤矿截水帷幕建造关键技术。截水帷幕技术在我国露天煤矿的成功应用，丰富了露天煤矿防治水与水资源保护技术理论，促进了行业技术进步，为露天煤矿地下水控制及安全绿色开采提供了新思路、新技术、新工艺，对其他非煤矿山及水利水电、交通等更高防渗等级要求的工程具有重要借鉴意义。

露天煤矿开采过程中的矿坑疏排水是引起地下水资源流失的重要原因，寻求新的控水方法势在必行。以内蒙古赤峰市元宝山露天煤矿为研究对象，根据研究区水文地质与露天煤矿开发特征，分析了露天开采驱动下帷幕墙体建设对地下水系统控制的基本原理，得出帷幕墙体渗透能力越弱、厚度越大、与补给水体距离越近是帷幕墙减少露天采坑涌水的基本思路。将露天采矿疏排水与地下水系统数值仿真研究结合，对露天煤矿开采与帷幕墙建设对矿坑疏排水强度影响程度进行预测分析，模拟结果显示，采用针对主要涌水段的局部帷幕工程方案，地下水仍然以露天矿采坑为降落漏斗中心，区域流场形态基本未发生重大变化，在未帷幕区段地下水发生了强烈的侧向绕流现象，初期(300 d)矿坑残余涌水量较之现有矿坑排水量最大减幅 37.16%，而残余涌水量随时间增大趋势明显。按准全封闭型帷幕方案建墙后，地下水基本未发生绕流现象，矿井残余涌水量为先减小后增大的趋势，最大减幅达85.79%，且后期涌水量增加幅度不大，可见准封闭型帷幕建设方案较之局部帷幕方案对矿坑整体涌水量的减排作用显著。通过分析露天煤矿开采侧向帷幕控水规律，构建帷幕阻水条件下地下水系统仿真模型，评价帷幕截水减排效果，以期为露天矿区煤–水资源协调开发提供科学依据。

露天煤矿长时间大流量疏排降水导致矿区地下水资源严重浪费、井田周围生态环境急剧退化、生产运行成本大幅增加，截水帷幕技术为露天矿山地下水控制提供了新的思路。槽段稳定性直接关系到截水帷幕施工安全、成槽效率及防渗效果。为探讨矿山截水帷幕砂卵石地层在成槽时长幅槽段的稳定性，以我国内蒙古东部某露天煤矿为例，采用二维和三维水平条分法对砂卵石地层长幅槽段稳定性影响因素及规律进行研究，并对比分析二维与三维水平条分法在安全系数计算结果上的差异；借助FLAC^3D软件模拟分析砂卵石地层分别开挖17.5、22.5 m 2种长度时槽段的稳定性；结合上述分析结果给出砂卵石地层长幅槽段稳定性控制措施；再通过超声波测试手段验证长幅槽段稳定性及控制效果。研究结果表明：影响槽段稳定性的主要因素有地层岩土体性质、槽段开挖深度、泥浆液面、泥浆密度、泥浆液面与地下水位高差及单幅槽段长度；调整泥浆参数、提高泥浆液面、降低地下水位、优化成槽次序及控制成槽时间等措施可以增加长幅槽段的稳定性；该地层条件下单幅槽段长度不超过21 m时，槽段可以保持直立稳定，长幅成槽技术可行。

内蒙古元宝山露天煤矿是国内外罕见的特大富水型露天煤矿，为解决多年疏干排水造成的生产成本高和环保风险大等问题，拟采用截水帷幕技术对矿坑渗流补给通道进行帷幕截流。通过分析矿坑水文地质和工程地质条件，提出弧形半封闭落底式帷幕与群井疏干水力帷幕相结合的地下水控制方式，采用防渗膜垂向隐蔽叠覆铺设与抗渗混凝土充填工艺，在矿坑高程+452 m平盘开展帷幕试验研究，建造一座平面长度1 369 m、平均深度29 m、有效厚度大于0.8 m、底部嵌入基岩面3 m的截水帷幕。试验研究过程中，确定了元宝山露天矿的截水帷幕工艺，获得其单幅槽段开挖长度(14 m)、护壁泥浆密度(1.05~1.25 g/cm³)和防渗膜叠覆宽度(1 m)等主要技术参数，提出防渗膜水下磁吸式连接技术，通过加装磁条，利用阴阳磁吸原理实现防渗膜叠覆处的水下自粘连。试验工程结束后，通过取心验证、流场分析和流量变化等方法检验帷幕墙的质量和截水效果。结果表明：混凝土浇筑充填连续、密实；墙体内外水位差已达15 m以上；盲沟补给流量消失，截水效果显著。试验研究证实截水帷幕技术适用于元宝山露天煤矿，为后续工程开展提供了关键技术参数，完善了我国露天煤矿截水帷幕技术体系。

我国蒙东地区生态环境脆弱，水资源匮乏，露天煤矿高强度开采引起地下水系统的补、径、排条件发生剧烈变化，导致松散层水位大幅下降、地表河流流量衰减、生态环境破坏。为揭示生态脆弱露天矿区在截水帷幕下的松散层水位演化规律，分析生态脆弱露天矿区地下水分布特征和采动对松散层水位的影响，开展截水帷幕下的松散层水位理论计算和物理模拟试验，结合现场监测数据分析截水帷幕下内蒙古扎尼河露天煤矿、元宝山露天煤矿松散层水位演化规律。结果表明：生态脆弱露天矿区松散层渗透系数大、水位埋藏浅；露天开采对矿区松散层水位影响巨大，矿区周边数千米范围内的松散层水位下降数米到数十米；理论计算和物理模拟发现，截水帷幕外侧松散层水位抬升幅度与帷幕长度呈正相关关系；远离帷幕的水位变化速率较为平稳，靠近帷幕附近的水位变化相对剧烈；扎尼河和元宝山露天煤矿现场监测结果显示，帷幕外侧松散层水位升高3.43~9.12 m，帷幕内侧水位降低3.21~10.15 m，外侧水位抬升幅度与截水帷幕完成率成正比。截水帷幕作用下的松散层水位理论计算和物理模拟结果可指导现场工程应用，截水帷幕能够显著抬升生态脆弱露天矿区周边松散层水位，保护矿区松散层水资源。

地−井瞬变电磁法响应规律复杂，现有解释方法以定性分析和半定量解释应用最为广泛，不能直接获取大地电阻率参数。针对这一问题，提出一种基于瞬变冲激时刻的快速定量解释方法。首先给出均匀半空间地−井瞬变电磁响应的表达式，分析地−井瞬变电磁响应的冲激时刻特征。结果表明，接收点深度越大、大地电导率越高，则瞬变冲激时刻越晚。结合已有的研究成果，推导冲激时刻与大地电导率和深度的函数关系，依据反函数理论进行大地视电阻率定义。以获取真实大地电阻率为目标，研究基于地下电磁场扩散速度的改进大地电阻率恢复算法。采用所提出的算法，根据实际常用工作方式，分别设计均匀半空间、二层模型和三层模型进行模拟计算。模型算例和实测数据试算结果表明：基于冲激时刻的视电阻率定义方法能够较好地反映大地电阻率的变化趋势，但具有较强的体积效应；基于电磁场扩散速度的改进算法能够有效地削弱体积效应的影响，更加准确地恢复大地电阻率值和反映电性界面。该算法无需进行复杂模型的迭代正演计算，具有较高的计算效率，能够定量恢复大地电阻率值，适用于地−井瞬变电磁法的快速初步定量解释。但在实际资料解释应用中，还需考虑视电阻率的“overshoot”和“undershoot”现象，避免造成错误解释。

巷−孔瞬变电磁法在存在明显电导率各向异性的勘探区会产生较大的解释误差。基于时域有限差分算法，通过引入电导率各向异性张量构建控制方程、将矩形回线源电流密度加入Maxwell方程安培环路定理实现任意电流源的加载，以差分代替微分对控制方程进行离散，实现巷−孔瞬变电磁三维模型正演计算。在与解析解对比验证算法计算精度的基础上，构建全空间模型、层状模型和三维块状模型进行正演并分析电导率各向异性对巷−孔瞬变电磁三分量响应的影响程度与方式。结果表明：垂直轴电导率对巷−孔瞬变电磁三分量响应基本没有影响，水平轴电导率对巷−孔瞬变电磁三分量响应影响较大，其中，∂B_x/∂t响应主要受y轴电导率影响，∂B_y/∂t响应主要受x轴电导率影响；通过三分量响应的形态和幅值的相互关系可以辨别各向异性介质所在方位及主轴电导率方向；当异常体所处全空间介质为电导率各向异性时，异常体产生的异常响应会被全空间介质电导率各向异性产生的异常响应所淹没。电导率轴向各向异性特征在巷−孔瞬变电磁法解释过程中不可忽略，研究成果为巷−孔瞬变电磁法各向异性解释提供指导，也为各向异性反演提供参考。

为了提高煤矿井下钻孔瞬变电磁反演成像结果中的异常响应边界识别和解译能力，完成掘进工作面前方隐伏水害精准刻画、隐蔽致灾因素精细分析等地球物理解释，提出应用无监督机器学习中的聚类方法分析钻孔瞬变电磁处理成果。根据电阻率数值分布特征和2种聚类方法的特点，选择K-Means聚类算法对电阻率成像结果进行聚合分类；在聚类计算过程中，应用最远距离原则确定类簇的初始质心，选用欧氏距离作为距离计算方法，采用基于组内平方误差和的肘部法则确定聚类数目。针对掘进工作面前方的隐伏水害，分别采用三维数值模拟和井下现场应用实例进行了实用性和有效性验证。研究结果表明：该方法可自动识别最佳类簇数目，对电阻率实现准确聚类，聚类成像结果能改善原始成像模型的光滑过渡问题，突出异常响应边界，清晰显示异常响应形状和位置，有效帮助对钻孔瞬变电磁超前探测反演结果中的隐蔽致灾水体进行识别和归类。

深部矿产探测是一个难题，井中瞬变电磁方法(Transient Electromagnetic Method, TEM)通过传感器沿钻孔深入地下，更接近于深部目标体，从而提高见矿率和找矿效果。在国外井中瞬变电磁被广泛地应用于深部找矿勘查中，并取得了许多重要的找矿成果，而在国内受限于仪器、理论研究以及解释技术发展较慢等诸多原因，在实际深部找矿应用方面较少。以辽宁青城子白云金矿区2 000 m深部找矿作为典型案例，开展井中TEM和地面TEM的探测，尝试将地面和井中TEM资料进行综合解释，以期更合理地解释钻孔周围的有利成矿部位。实测结果表明：井中TEM原始剖面曲线在1 400~1 650 m深度段出现典型负异常特征，显示钻孔外局部低阻异常体的存在；此外，井中TEM原始曲线晚期道中出现极化现象，是由于断裂和破碎带中富集的与金密切相关的黄铁矿化引起；地面TEM反演结果清楚显示了测线下方典型分布情况，发现了隐伏断裂深部延伸较大，成矿条件良好；综合分析解释，TEM L52线所推测的隐伏断裂深部仍有良好的金富集条件；经钻孔资料证实，地面和井中TEM综合解释结果正确可靠。研究成果表明，井−地瞬变电磁法联合探测在深部找矿中具有较好应用前景。

鄂尔多斯盆地准格尔东部煤田石炭−二叠系 6 煤层为巨厚煤层，煤层底板面临奥陶纪灰岩含水层威胁尤为突出，由于采动效应的影响会形成底板采动破坏带，可能会形成新的导水通道引起突水灾害。针对底板采动破坏带测试问题，提出采用动源动接收的孔中瞬变电磁法，在采前和采后工作面底板钻孔中获取岩层电阻率特征数据的方法。首先通过数值模拟对比孔中瞬变电磁法在完整和二层岩层模型中呈现的电阻率差异性，验证该方法对二层岩层模型具有较好分辨率；然后在准格尔煤田酸刺沟煤矿6119巨厚煤层综放工作面进行试验，通过探查底板电性差异层得到底板破坏深度，经过验证结果准确可靠。研究表明：孔中瞬变电磁法探测技术与测试钻孔相结合，通过对比采前与采后结果获取了较为准确底板破坏深度，对类似条件下的工作面破坏深度测试提供了一种新的方法。

与航空、地面瞬变电磁法不同，钻孔瞬变电磁法将接收探头置于钻孔之中，由于距离探测目标更近且远离地表，不仅可以观测到更强的响应信号，还可有效削弱孔外各类电磁信号的干扰，能够满足大埋深、精细化探测需求，尤其是深部盲矿和水害探测。通过回顾各类钻孔瞬变电磁法(回线源地−井、电性源地−井和隧(巷)道钻孔瞬变电磁法)的研究历史，总结各类方法在正演模拟、反演成像、仪器装备和应用案例等方面的研究现状。研究结果表明：回线源地−井瞬变电磁法研究基础丰厚，发展较为全面，已在生产中取得较多成功应用；而电性源地−井和隧(巷)道钻孔瞬变电磁法研究基础薄弱，由于理论方法、探测装备、反演技术等方面的限制，目前尚未得到广泛推广与应用，整体仍处在初步研究阶段，相关技术仍有待进一步提升。未来发展方向可以从以下几个方面入手，如带地形三维反演、快速地形校正方法、伪随机发射、多辐射源发射、套管干扰消除和多参数地球物理方法联合解释等，形成完善的钻孔瞬变电磁法理论和解译方法，为深部矿体探测、煤矿和隧道含水构造探测提供理论依据。

深部煤层冲击地压诱发瓦斯涌出、突出事故频繁发生，对井下安全生产带来了巨大威胁，厘清瓦斯对煤岩力学性质、冲击倾向性演化规律是建立有效防治手段的基础。运用物理试验方法，基于自主研发的可视化煤岩流−固耦合试验系统，研究瓦斯压力影响的煤岩吸附、力学性质及碎块分布规律，分析瓦斯影响的煤岩冲击能指数演化特征与机制。结果表明：具有强冲击倾向性煤岩的瓦斯等温吸附曲线符合Langmuir模型，随瓦斯压力升高，煤岩软化特性越发明显，弹性模量、软化模量均呈阶段性降低，瓦斯对二者在煤岩峰值前后具有不同的影响效果且存在临界压力，试样破坏形式呈“脆性张拉→剪切→张拉+塑性流动”过渡，冲击能指数与试样碎块尺度均呈先减小后增大的“V”形变化特征，破碎后具有更多盈余能；含瓦斯煤岩小尺度碎块是灾害发生的客观条件，瓦斯膨胀能为煤体动态失稳提供了额外的能量，增大了冲击地压发生过程的强动力性和破坏性，这种煤岩基质骨架与瓦斯运移的固−流耦合降低了冲击地压发生的临界指标且具有更高的致灾潜能。研究成果与启示为进一步判定深部高瓦斯煤层灾变倾向并建立行之有效的防治手段提供了试验基础和研究思路。

在碳达峰碳中和的政策背景下，开发废弃煤矿瓦斯资源可产生较高的资源、经济与环境三重效益。通过调研及文献查阅，从技术可行性和经济合理性2个角度建立废弃煤矿采空区瓦斯抽采可行性评价指标体系，将博弈论组合赋权方法与模糊综合评价法结合，构建了博弈论−模糊综合评价模型，以晋城矿区废弃矿井古书院矿为例进行瓦斯抽采可行性评价。结果表明：一级指标中瓦斯资源条件及瓦斯保存条件的权重较高，分别为0.439 1和0.383 6，说明煤矿瓦斯赋存量和煤矿密闭性是影响废弃煤矿采空区瓦斯抽采可行性的决定因素；二级指标中，地面钻孔甲烷浓度和矿井涌水量权重较高，分别为0.091、0.087，说明废弃煤矿采空区瓦斯富集区的甲烷纯度及煤矿水害严重程度是影响废弃煤矿采空区瓦斯抽采可行性的关键因素；建立的评价模型修正了单一赋权评价法导致的权重失真问题，兼容了主客观定权重方法的优点；验证了博弈论−模糊综合评价模型应用于废弃煤矿采空区瓦斯抽采可行性评价的合理性。

宁夏宁东煤田东北部地下水矿化度较高，且具有分布不均和变化较大的特点。通过分析地下水矿化度的空间分布特征，结合区域地质构造、地下水补给径流条件，借助Piper三线图、Gibbs图、离子比例系数等手段，深入研究高矿化度地下水的形成机制。结果表明，宁东煤田东北部地下水矿化度为0.30~23.56 g/L，平均值为5.84 g/L，淡水、微咸水、咸水、盐水所占比例分别为3.16%、50.00%、33.68%、13.16%。水平方向上，基岩裂隙水矿化度由东向西逐渐降低，在鸳鸯湖矿区南部形成高矿化度异常带。此外，在研究区西部及南北部的零星地区出现矿化度较高区。矿化度整体较高与石膏、盐岩及黄铁矿溶解和地下水长期滞流有关，而矿化度由东向西逐渐降低则受鄂尔多斯台地逆冲推覆构造前缘坳陷影响。鸳鸯湖矿区南部位于鄂尔多斯台地南北冲断体系的过渡带，褶曲较完整，地下水环境相对封闭，形成高矿化度异常带。垂直方向上，从Ⅰ含水层至Ⅴ含水层深部含水层的矿化度比浅部高，主要与深部地下水环境封闭，更新较慢有关。该研究将为相似矿区地下水资源开发与利用提供理论依据。

陕北煤矿区是我国重要的产煤基地，煤炭大量开采后会引起地表沉陷和景观扰动。以陕北柠条塔矿沉陷区为例，针对该区域内黄土丘陵地貌特征，通过室内统计分析、现场调研、定性定量相结合等方法综合分析地表景观存在的问题，并进行景观模式规划设计与布局，为此地貌类型中地下开采矿区景观规划提供借鉴。结果发现，地上景观存在4个问题：自然景观碎片化，生态环境缺乏整体布局；煤炭地下开采动态化，地上景观规划缺乏联动机制；土地资源利用低效化，景观生态−产业经济缺乏有机链接；环境土质干旱瘠薄化，景观再造与技术支持缺乏联系。针对这些问题构建坡度坡向分级为基础的区划规划模式，“三期两带”的时空规划模式，以复合种植模式为主的植物组合规划模式，以微生物菌肥、无人机飞播、矿井水再利用为主的技术规划模式，并进行了生态–经济–社会的综合效益分析，为煤矿区的后续生存发展、生态经济的升级转型奠定基础。

黄河流域中上游矿区煤−水矛盾突出，煤炭开采对地下水环境造成一定的破坏。基于此，以鄂尔多斯盆地北部侏罗纪煤田榆神府矿区为研究区，在野外调查、数据分析、室内测试的基础上，分析研究区矿井水的量质特征，揭示煤炭高强度开采对地下水环境的影响，并开展矿井水生态利用研究。结果表明：研究区矿井富水系数在0.23~2.28，平均为0.91，评估2020年区内矿井排水量高达4.70亿m³，受采掘活动影响，浅埋煤层开采区地下水位下降趋势明显；区内矿井水出现不同程度的污染组分超标现象，主要超标指标为化学需氧量(COD)、Na⁺、SO₄ ²⁻、溶解性总固体(TDS)，未处理的矿井水外排将会污染区内地下水环境；研究区浅层地下水超限的水质指标主要为NO₃-N，与矿井水超限水质指标差别较大，反映出浅层地下水水质受采矿活动影响较小；提出矿井水浅层回灌和矿井水生态灌溉2种模式开展研究区矿井水的生态利用，矿井水回灌对矿井水中的溶解性有机碳、色度具有较好的去除效果，回灌后出水满足Ⅲ类地下水限值；浅埋煤矿矿井水具有作为矿区生态修复灌溉用水的较好潜力，中深埋煤矿和深埋煤矿矿井水不适宜作为灌溉用水。研究结果为我国西部煤矿区水资源保护和生态修复提供重要依据。

煤炭是我国的主要能源，也是我国长期以来发展的最重要驱动力，并且在未来很长一段时间内将继续作为我国社会与经济发展的主要能源。但我国长期的煤炭开采活动已经对生态环境造成严重破坏，亟待进行全面生态恢复。目前，我国煤矿生态恢复大多局限于一处或几处矿区这类小尺度范围，缺乏国土空间层面的生态修复规划，相应的生态恢复策略也仍待明确。煤矿生态恢复是一项全国性系统生态工程，应以“借自然之力恢复自然”为理念，以当地生态敏感性问题为依据，以停止破坏自然生态系统并且继续提供生态系统服务为宗旨，以改善矿区人居环境质量为出发点。全国煤矿生态恢复策略的制定基于以下4个方面：第一，以我国植被区划为基础，因地制宜地选择潜在植被类型；第二，计算归一化综合生态敏感性(NIES)用以表征煤矿生态恢复紧迫性，再借助空间自相关性分析判断不同NIES煤矿的聚集关系与模式；第三，对煤矿和当地人口分布情况进行缓冲区分析，得到煤矿生态恢复的获益人口；第四，将煤矿的NIES和煤矿恢复获益人数进行聚类分析，判断煤矿生态恢复的优先区域。综合上述结果，根据我国煤矿的空间分布情况分区域制定相应的生态恢复策略。

煤炭资源的开采和消耗给矿区环境和人口带来一定程度的影响，面对这一资源环境问题，我国大力提倡建设绿色矿山，要求矿山发展必须在资源环境可承载的能力之内。综合利用Landsat 8、GF-2等多源遥感数据和社会经济统计数据，采用层次分析法从承载本底和承载状态2方面构建资源环境承载力评价指标体系，其中承载本底采用资源可利用量占比表示，承载状态选用煤矿经济占比指数、煤矿就业指数、采矿破坏指数和废物排放强度以及起调节作用的开发限制性指数5个指标，经过公式计算和对比，对内蒙古锡林浩特矿区的资源环境承载力进行评价, 并针对承载力大小对矿区提出适当的对策和建议。结果表明：锡林浩特矿区胜利一号矿和东二矿的承载力等级均为“中” ，西二矿的承载力等级为“小”。2016年内蒙古锡林浩特市矿区的资源环境承载状况处于中等偏下水平，需要在开采的同时加大修复力度，促进经济和环境的同步发展。研究结果对矿区环境的修复与治理具有指导意义，同时也为小尺度矿区的资源环境承载力评价提供了重要参考方法。

碎软煤层钻进过程中易发生喷孔、塌孔，造成钻孔深度浅、成孔率低，严重制约碎软煤层瓦斯高效治理。随着“以孔代巷”、递进式抽采等瓦斯治理模式的兴起，煤矿对碎软煤层瓦斯抽采钻孔成孔提出了更高的要求，为了进一步提高碎软煤层钻孔深度、钻孔精度和成孔率，以满足煤矿安全、高效、精准瓦斯治理的需要，提出煤矿井下碎软煤层双管双动空气定向钻进工艺方法。针对该钻进方法涉及的关键钻具和钻进工艺，根据煤矿井下空气螺杆钻具规格和通过性试验，分析确定外管套管、内管螺杆钻具、领眼钻头以及扩眼器等钻具级配；通过理论分析螺旋钻进煤粉颗粒运动速度，优化套管螺旋叶片螺距、头数等参数；根据钻进排粉需求、空气螺杆钻具用风要求，计算双管钻进用风量、风压；采用数值模拟方法，研究排粉规律和最佳钻进工艺参数，最后通过现场钻进试验，验证双管双动钻具级配和钻进工艺的合理性。结果表明：增加风量比增加转速提高排粉效果更明显；钻进时套管转速40 r/min时，对应风量应最小达到500 m³/h，内管钻具滑动定向造斜完成后，应尽快复合钻进排粉，当风量低于400 m³/h时，应当充分回转扫孔排渣；采用ø90 mm领眼钻头+ø120 mm扩眼器+ø73 mm空气螺杆钻具+ø73/35 mm宽叶片螺旋钻杆的内管钻具+ø140 mm套管钻头+ø120/96 mm反螺旋套管的外管钻具组合，采用风量1 000 m³/h、风压1.25 MPa以上的风源、转速40~120 r/min的工艺参数，钻孔深度达到350 m以上、套管护孔深度168 m以上，钻孔轨迹可控制在煤层内，有效提高了钻孔深度和精度，为碎软煤层随钻护孔精确钻进提供新工艺方法。

自进式射流钻头作为水力喷射径向钻井技术开采煤系气的核心部件，对钻井效率有决定性影响。为获取直旋混合射流钻头结构的最优参数，采用Fluent数值模拟与室内钻进试验相结合的办法，分析不同钻头结构参数下三维流场的速度特性，给出优化准则，并通过钻进试验加以验证，得到钻头的最优参数：中心孔孔径1.2 mm，叶轮槽槽宽0.7 mm，叶轮长度4.5 mm，叶轮径向长度3.5 mm，倾角45°，混合腔腔长6 mm。并通过理论分析解释了不同参数对钻头钻进速度产生变化的原因，主要是通过影响直旋混合射流中直射流与旋转射流的通量，进而引起射流三维的变化。采用灰色关联分析法得出各参数结构对钻进位移的敏感性系数由高到低依次为：中心孔孔径、叶轮槽宽、叶轮径向长度、混合腔腔长、叶轮倾角、叶轮长度。室内钻进试验结果表明：优化后的射流钻头具有更高的钻进效率，在关联分析中对钻进效率影响最大的是直射流与旋转射流通量，且直旋通量比在0.54时，射流能量分配较合理。研究成果对径向钻井煤层气、天然气开采中钻头的设计与结构优化具有指导意义。