本发明涉及煤矿井下自动钻孔领域，具体涉及一种煤矿井下自动钻孔装置及方法，特别是在进行钻孔施工时容易出现塌孔/顶钻/卡钻等事故的松软煤层进行钻孔。
背景技术：
有些煤矿瓦斯气赋存在有低压、低渗和低饱和度的“三低”特点，给煤矿开采和瓦斯气利用带来很大困难。这其中还广泛存在松软煤层，更加增加了开采和利用难度。目前，井下抽采瓦斯多采用煤矿钻机机械钻孔后负压抽采的方式，钻孔施工在松软煤层中容易出现塌孔/顶钻/卡钻等事故，致使成本增加，抽采效率低下，安全问题突出，是瓦斯抽采全覆盖工程中急需解决的技术难题。
综上所述，现有技术中存在以下问题：在松软煤层中钻孔容易出现塌孔/顶钻/卡钻等事故，安全问题突出。
技术实现要素：
本发明提供一种煤矿井下自动钻孔装置及方法，以解决在松软煤层中钻孔容易出现塌孔/顶钻/卡钻等事故的问题。
为此，本发明提出一种煤矿井下自动钻孔装置，设置在煤矿井下的地下坑道中，所述煤矿井下自动钻孔装置包括：
加压泵车；
连续管，连续管具有入口和出口，所述连续管的入口连接所述加压泵车；所述连续管的出口用于伸入到原煤作业支撑面中；
旋管器，连接所述连续管；
护管，套设在所述连续管之外并抵紧在原煤作业支撑面上并连接在所述旋管器的下游；所述护管为十字形管，所述护管具有输送所述连续管的轴向通道和返排煤粉的侧向通道；
旋转喷头，连接在所述连续管的出口处；
煤粉返排管线，连接在所述护管的侧向通道上；
瓦斯返排回收检测装置，连接所述煤粉返排管线。
进一步地，所述煤矿井下自动钻孔装置海还包括：夹紧并输送所述连续管的送管装置，连接在所述旋管器与所述护管之间。
进一步地，所述旋管器为滚筒。
进一步地，所述煤矿井下自动钻孔装置海还包括：连接所述滚筒的液压动力单元。
进一步地，所述煤矿井下自动钻孔装置海还包括：与所述加压泵车连接的水箱。
进一步地，所述连续管的入口通过旋转密封器连接所述加压泵车。
进一步地，所述煤矿井下自动钻孔装置海还包括：设置在所述护管上并覆盖在所述原煤作业支撑面上的保护盾。
进一步地，所述保护盾套设在护管之外，所述保护盾与护管之间为球形铰接连接。
本发明还提出一种煤矿井下自动钻孔方法，所述煤矿井下自动钻孔方法包括以下步骤：
步骤A：用连续管将高压水流输送到旋转喷头处，用旋转喷头喷出的高压水流钻开原煤作业支撑面，对原煤作业支撑面进行水利钻孔；
步骤B：然后通过旋管器向原煤作业支撑面连续送进所述连续管，不用手动加尺或卸钻杆，连续管和旋转喷头不断在所述原煤作业支撑面中前进，直到钻出预定长度的钻孔通道。
进一步地，所述煤矿井下自动钻孔方法还包括以下步骤：当造成塌孔事故时，将所述连续管截断，留在所述原煤作业支撑面中。
本发明具有如下效果：
1)采用连续管作业，不用手动加尺或卸钻杆，节约大量操作时间及人力，
2)推进力可调节，通过调整旋管器，从而可调节钻进速度，适用于各种软硬煤层甚至岩层，应用范围广，
3)连续管展开后，作业距离较长，因而实现了人员的远距离操作，有效地保障人了人身安全，
4)单一钻孔成孔后，再通过往复多次回拉几次，可以将孔径扩大1倍以上，对于成孔性较好的煤层而言，可以减少布孔数量，节约成本，或在布孔数量不变的基础上，缩短抽采时间，
5)连续管及喷头作为消耗材料，可以重复使用多次，即使出现较频繁的钻孔事故，由于耗材的成本较低，经济损失较小，如造成塌孔事故，钻具不能拔出，可以将连续管截断，连续管可以留在孔内继续发挥支撑和通道的作用，不造成废孔，这对高瓦斯松软煤层的开采极为有利。
附图说明
图1为本发明的煤矿井下自动钻孔装置的结构示意图及工作原理图。
附图标号说明：
1加压泵车 2连续管 3旋管器 5前置导向钢管6送管装置 7护管 8保护盾9旋转喷头 10原煤作业支撑面 11煤粉返排管线 12瓦斯返排回收检测装置 20地下坑道 31旋转密封器 35液压油管 37液压动力单元 40钻进方向
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明。
如图1所示，本发明提出一种煤矿井下自动钻孔装置，设置在煤矿井下的地下坑道20中，例如，用于水平钻孔，或大倾角钻孔，进行抽采瓦斯，提高瓦斯抽采功效，所述煤矿井下自动钻孔装置包括：
加压泵车1，即高压泵车，为输入连续管中的液体(水)进行加压；加压泵车1提供高压水射流的最高压力为100MPA，额定排量为150L/min，加压泵车1的额定功率可以为250KW；
连续管2，为金属管，连续管具有入口和出口，所述连续管的入口连接所述加压泵车1；所述连续管的出口用于伸入到原煤作业支撑面10中；使用的连续管的管径例如为50mm，不超过60mm；
旋管器3，连接所述连续管2，用于放出或回收连续管；连续管2为金属管，具有一定的挠度，能够盘卷在旋管器3上，通过旋管器3的转动，可以施放出连续管2；
护管7，也称导管，套设在所述连续管2之外并抵紧在原煤作业支撑面10上并连接在所述旋管器3的下游；所述护管7为十字形管，所述护管7具有输送所述连续管的轴向通道和返排煤粉的侧向通道；轴向通道和侧向通道相交成十字形；护管7为比连续管2的材质硬、比连续管2的外径粗、比连续管2的长度短的一段十字形金属管，起定向直进作用，十字头固定连续管居中又使连续管能转；护管内径较连续管外径大于10mm，以较好的对连续管导向。
旋转喷头9，连接在所述连续管2的出口处，用于钻开原煤作业支撑面10或作业煤层；采用的旋转喷头本身具备三种不同的喷眼，前喷眼形成的流束对煤层进行切割和破碎，居中喷眼形成的流束进行支撑和扩径，后端喷眼形成的流束通过反作用力提供向前的推力，同时建立孔洞内循环通道，携出煤粉煤屑；旋转喷头可以采用市场上现有的符合上述条件的高压多孔喷头，喷头直径20-50mm,喷嘴6-9个；旋转喷头可以多次重复使用；
高压泵以水为介质导体，通过水将压力在连续油管中传送至喷头，使喷头具有剪切破坏的高压水射流，对煤层进行切割破碎，以形成径向水平洞；
煤粉返排管线11，连接在所述护管6的侧向通道上；煤粉和煤屑从护管与连续管之间的环空进入护管的返排煤粉的侧向通道，从而进入煤粉返排管线11；
瓦斯返排回收检测装置12，连接所述煤粉返排管线11，可以检测瓦斯。若发生瓦斯超限等不利于作业安全的现象，应及时停止作业，以确保安全。
进一步地，所述煤矿井下自动钻孔装置海还包括：夹紧并输送所述连续管的送管装置6(也称注入装置，可以采用修井行业中的注入装置)连接在所述旋管器3与所述护管7之间，以保证钻孔的力度和调整钻孔的速度。送管装置可以采用双绞盘结构夹紧转动方式，在喷射过程中给喷射管额外施加一个前推力，在回拉过程中给喷射管额外施加一个拉出力。送管装置与护管可以为螺纹连接。送管装置6为链条齿轮传动的夹持机构，夹持机构可以为夹持块，夹持块夹紧喷射管(连续管)后由液压马达带动链条(沿着钻孔方向40)送进喷射管。送管装置可以提供推进和拉出力最大设计为500KG。送管装置的动力源可以来源于防爆电机。为了使连续管更顺利的进入到煤层中，还可以在送管装置6(也称注入装置)的下游到进入到煤层之前设置套设在连续管之外的前置导向管5，前置导向管5为刚性管，起对连续管导向作用，前置导向管的一部分插在煤层里，另一部份露在外面(此部分套设在护管7中)。
进一步地，所述旋管器3为滚筒，滚筒有6吨的拽力，能够方便的放出或回收连续管，占用空间小。
进一步地，所述煤矿井下自动钻孔装置还包括：通过液压油管35连接所述滚筒的液压动力单元37，这样，能够平稳有力的放出或回收连续管2。连续管按轨道均匀排列在圆柱形滚筒上，液压动力单元37控制滚筒工作，通过滚筒转动，进行连续管的放出或回收。液压动力单元37的动力源可以来源于防爆电机。
进一步地，所述煤矿井下自动钻孔装置还包括：与所述加压泵车1连接的水箱。水箱储存施工喷射液(水)。加压泵车1例如通过离心泵连接水箱，水箱中的施工液(例如为水)经过离心泵送至高压泵的入口，高压泵的入口可以安装有过滤器，过滤不利于钻孔的杂质。电机驱动液压系统向高压泵提供动力，带动高压泵内的三缸柱塞泵做活塞运动，以水为介质导体，通过水将压力在连续油管中传送至喷头，使喷头具有剪切破坏的高压水射流，对煤层进行切割破碎，以形成径向水平洞。水箱流入包括两个并联的体积为1方的水罐，水罐材质为不锈钢，采用圆角防磕碰设计，每个水罐出口单独安装一个阀门。
进一步地，所述连续管的入口通过旋转密封器31连接所述加压泵车1，以满足连续管2在送进过程中的密封。
进一步地，所述煤矿井下自动钻孔装置还包括：套设在所述护管上并覆盖在所述原煤作业支撑面上的保护盾7，防止高压水射流钻孔作业中，水射流反作用力对人造成伤害；遇到瓦斯突出时控制瓦斯导向，确保煤粉按煤粉返排口的通道集中泻出。保护盾例如为圆形的或圆锥形的挡板，半径大于钻孔半径和护管的半径；保护盾的中间为连接孔，用于连接护管。保护盾与护管之间可以球形铰接连接方式。护管与保护盾之间的角度可在0°～80°间任意调节。
进一步地，加压泵车1、滚筒和送管装置连接防爆电机，加压泵车1、滚筒和送管装置的工作由防爆电机提供动力源，以适合井下工作；防爆电机的电机功率设计为315KW(具体功率值可根据高压泵、滚筒、送管装置的负荷确定)，1140V，防爆等级EXDⅠ，有MA标志。防爆电机驱动液压动力单元向高压泵提供动力，带动高压泵内的三缸柱塞泵做活塞运动，以水为介质导体，通过水将压力在连续油管中传送至喷头，使喷头具有剪切破坏的高压水射流，对煤层进行切割破碎，以形成径向水平洞。
本发明还具有操作台，操控施工作业。操作台设有按钮、旋钮等控制部件，连接加压泵车、旋管器等，通过操作台上的按钮、旋钮，对泵压、喷射速度、喷射压力、回拉速度进行精准操作。通过操作台数控仪表，显示作业中的各项参数，以及对施工地层的分析和判断，并通过数据分析，对喷射作业中的各种情况进行总结。加压泵车、旋管器、防爆电机、水箱，可以在50米以内的距离内调节，以适应井下复杂的生产环境，达到安全生产的目的。
如图1所示，本发明还提出一种煤矿井下自动钻孔方法，所述煤矿井下自动钻孔方法例如，可以采取前面所述的煤矿井下自动钻孔装置，该钻孔方法包括以下步骤：
步骤A：用连续管2将高压水流(最高压力为100MPA)输送到旋转喷头9处，用旋转喷头9喷出的高压水流钻开原煤作业支撑面10，对原煤作业支撑面10进行水利钻孔；
步骤B：然后通过旋管器3向原煤作业支撑面20连续送进所述连续管，这个过程不用手动加尺或卸钻杆，节约大量操作时间及人力；连续管2和旋转喷头9不断在所述原煤作业支撑面中前进，直到钻出预定长度的钻孔通道，最长可达200米。
喷射液被高压泵加压，经过连续管，到达与其连接的旋转喷头，被高速释放出来，打击目的煤层成孔。在钻进过程中通过远程控制，实现钻进的自动化，达到安全高效生产的目的。
进一步地，所述煤矿井下自动钻孔方法还包括以下步骤：单一钻孔成孔后，即完成一次钻孔后，再通过往复多次回拉几次，可以将孔径扩大1倍以上。采用连续管高压水射流钻孔，可以轻松的扩孔，对于成孔性较好的煤层而言，可以减少布孔数量，节约成本，或在布孔数量不变的基础上，缩短抽采时间。
进一步地，所述煤矿井下自动钻孔方法还包括以下步骤：当造成塌孔事故时，将所述连续管截断，留在所述原煤作业支撑面中。
本发明所采用的工作流程是：
1、准备工作
(1)获取煤层基础参数。包括煤层的赋存条件、力学强度和瓦斯抽采参数等。
(2)施工设计。根据煤层的基础参数和巷道内的瓦斯抽采要求，合理地布置钻孔，选择合适的泵压和流量，编写水力喷射钻孔设计。
(3)设备物资入场。对巷道内施工场地进行规划，下入、安装并调试水力喷射钻孔设备，保障施工供水和供电等。
2、高压水射流钻孔
(1)启动高压泵车上的高压泵，对管线进行冲洗清洁，然后将旋转喷嘴与软管(连续管)连接。
(2)待高压泵压力达到喷入压力后，启动滚筒和注入装置，送进挠性的连续管。
(3)进行高压水力喷射钻孔作业，在喷进过程中根据实际情况，调整喷射压力和喷射速度，并根据情况可以进行阶段性的停留和多次反复回拉。单一钻孔成孔后，再通过往复多次回拉几次，可以将孔径扩大1倍以上，对于成孔性较好的煤层而言，可以减少布孔数量，节约成本，或在布孔数量不变的基础上，缩短抽采时间。
(4)在高压水力射流钻孔作业中，密切关注工作面的瓦斯浓度和各种现象，若发生瓦斯超限等不利于作业安全的现象，应及时停止作业，以确保安全。
(5)高压水射流钻孔完成后，准备封孔，完成封孔后，进行瓦斯抽采。
本发明可以形成井下瓦斯抽采新工艺，适用于井下工作面水平或大倾角钻孔，进行抽采瓦斯，提高瓦斯抽采功效，降低成本，保障安全。
以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。为本发明的各组成部分在不冲突的条件下可以相互组合，任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。