本實(shí)用新型涉及煤礦井下自動(dòng)鉆孔領(lǐng)域，具體涉及一種煤礦井下自動(dòng)鉆孔裝置，特別是在進(jìn)行鉆孔施工時(shí)容易出現(xiàn)塌孔/頂鉆/卡鉆等事故的松軟煤層進(jìn)行鉆孔。

背景技術(shù)：

有些煤礦瓦斯氣賦存在有低壓、低滲和低飽和度的“三低”特點(diǎn)，給煤礦開(kāi)采和瓦斯氣利用帶來(lái)很大困難。這其中還廣泛存在松軟煤層，更加增加了開(kāi)采和利用難度。目前，井下抽采瓦斯多采用煤礦鉆機(jī)機(jī)械鉆孔后負(fù)壓抽采的方式，鉆孔施工在松軟煤層中容易出現(xiàn)塌孔/頂鉆/卡鉆等事故，致使成本增加，抽采效率低下，安全問(wèn)題突出，是瓦斯抽采全覆蓋工程中急需解決的技術(shù)難題。

綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)中存在以下問(wèn)題：在松軟煤層中鉆孔容易出現(xiàn)塌孔/頂鉆/卡鉆等事故，安全問(wèn)題突出。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型提供一種煤礦井下自動(dòng)鉆孔裝置，以解決在松軟煤層中鉆孔容易出現(xiàn)塌孔/頂鉆/卡鉆等事故的問(wèn)題。

為此，本實(shí)用新型提出一種煤礦井下自動(dòng)鉆孔裝置，設(shè)置在煤礦井下的地下坑道中，所述煤礦井下自動(dòng)鉆孔裝置包括：

加壓泵車(chē)；

連續(xù)管，連續(xù)管具有入口和出口，所述連續(xù)管的入口連接所述加壓泵車(chē)；所述連續(xù)管的出口用于伸入到原煤作業(yè)支撐面中；

旋管器，連接所述連續(xù)管；

護(hù)管，套設(shè)在所述連續(xù)管之外并抵緊在原煤作業(yè)支撐面上并連接在所述旋管器的下游；所述護(hù)管為十字形管，所述護(hù)管具有輸送所述連續(xù)管的軸向通道和返排煤粉的側(cè)向通道；

旋轉(zhuǎn)噴頭，連接在所述連續(xù)管的出口處；

煤粉返排管線，連接在所述護(hù)管的側(cè)向通道上；

瓦斯返排回收檢測(cè)裝置，連接所述煤粉返排管線。

進(jìn)一步地，所述煤礦井下自動(dòng)鉆孔裝置海還包括：夾緊并輸送所述連續(xù)管的送管裝置，連接在所述旋管器與所述護(hù)管之間。

進(jìn)一步地，所述旋管器為滾筒。

進(jìn)一步地，所述煤礦井下自動(dòng)鉆孔裝置海還包括：連接所述滾筒的液壓動(dòng)力單元。

進(jìn)一步地，所述煤礦井下自動(dòng)鉆孔裝置海還包括：與所述加壓泵車(chē)連接的水箱。

進(jìn)一步地，所述連續(xù)管的入口通過(guò)旋轉(zhuǎn)密封器連接所述加壓泵車(chē)。

進(jìn)一步地，所述煤礦井下自動(dòng)鉆孔裝置海還包括：設(shè)置在所述護(hù)管上并覆蓋在所述原煤作業(yè)支撐面上的保護(hù)盾。

進(jìn)一步地，所述保護(hù)盾套設(shè)在護(hù)管之外，所述保護(hù)盾與護(hù)管之間為球形鉸接連接。

本實(shí)用新型具有如下效果：

1)采用連續(xù)管作業(yè)，不用手動(dòng)加尺或卸鉆桿，節(jié)約大量操作時(shí)間及人力，

2)推進(jìn)力可調(diào)節(jié)，通過(guò)調(diào)整旋管器，從而可調(diào)節(jié)鉆進(jìn)速度，適用于各種軟硬煤層甚至巖層，應(yīng)用范圍廣，

3)連續(xù)管展開(kāi)后，作業(yè)距離較長(zhǎng)，因而實(shí)現(xiàn)了人員的遠(yuǎn)距離操作，有效地保障人了人身安全，

4)單一鉆孔成孔后，再通過(guò)往復(fù)多次回拉幾次，可以將孔徑擴(kuò)大1倍以上，對(duì)于成孔性較好的煤層而言，可以減少布孔數(shù)量，節(jié)約成本，或在布孔數(shù)量不變的基礎(chǔ)上，縮短抽采時(shí)間，

5)連續(xù)管及噴頭作為消耗材料，可以重復(fù)使用多次，即使出現(xiàn)較頻繁的鉆孔事故，由于耗材的成本較低，經(jīng)濟(jì)損失較小，如造成塌孔事故，鉆具不能拔出，可以將連續(xù)管截?cái)?，連續(xù)管可以留在孔內(nèi)繼續(xù)發(fā)揮支撐和通道的作用，不造成廢孔，這對(duì)高瓦斯松軟煤層的開(kāi)采極為有利。

附圖說(shuō)明

圖1為本實(shí)用新型的煤礦井下自動(dòng)鉆孔裝置的結(jié)構(gòu)示意圖及工作原理圖。

附圖標(biāo)號(hào)說(shuō)明：

1加壓泵車(chē) 2連續(xù)管 3旋管器 5前置導(dǎo)向鋼管6送管裝置 7護(hù)管 8保護(hù)盾 9旋轉(zhuǎn)噴頭 10原煤作業(yè)支撐面 11煤粉返排管線 12瓦斯返排回收檢測(cè)裝置 20地下坑道 31旋轉(zhuǎn)密封器 35液壓油管 37液壓動(dòng)力單元 40鉆進(jìn)方向

具體實(shí)施方式

為了對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)特征、目的和效果有更加清楚的理解，現(xiàn)對(duì)照附圖說(shuō)明本實(shí)用新型。

如圖1所示，本實(shí)用新型提出一種煤礦井下自動(dòng)鉆孔裝置，設(shè)置在煤礦井下的地下坑道20中，例如，用于水平鉆孔，或大傾角鉆孔，進(jìn)行抽采瓦斯，提高瓦斯抽采功效，所述煤礦井下自動(dòng)鉆孔裝置包括：

加壓泵車(chē)1，即高壓泵車(chē)，為輸入連續(xù)管中的液體(水)進(jìn)行加壓；加壓泵車(chē)1提供高壓水射流的最高壓力為100MPA，額定排量為150L/min，加壓泵車(chē)1的額定功率可以為250KW；

連續(xù)管2，為金屬管，連續(xù)管具有入口和出口，所述連續(xù)管的入口連接所述加壓泵車(chē)1；所述連續(xù)管的出口用于伸入到原煤作業(yè)支撐面10中；使用的連續(xù)管的管徑例如為50mm，不超過(guò)60mm；

旋管器3，連接所述連續(xù)管2，用于放出或回收連續(xù)管；連續(xù)管2為金屬管，具有一定的撓度，能夠盤(pán)卷在旋管器3上，通過(guò)旋管器3的轉(zhuǎn)動(dòng)，可以施放出連續(xù)管2；

護(hù)管7，也稱(chēng)導(dǎo)管，套設(shè)在所述連續(xù)管2之外并抵緊在原煤作業(yè)支撐面10上并連接在所述旋管器3的下游；所述護(hù)管7為十字形管，所述護(hù)管7具有輸送所述連續(xù)管的軸向通道和返排煤粉的側(cè)向通道；軸向通道和側(cè)向通道相交成十字形；護(hù)管7為比連續(xù)管2的材質(zhì)硬、比連續(xù)管2的外徑粗、比連續(xù)管2的長(zhǎng)度短的一段十字形金屬管，起定向直進(jìn)作用，十字頭固定連續(xù)管居中又使連續(xù)管能轉(zhuǎn)；護(hù)管內(nèi)徑較連續(xù)管外徑大于10mm，以較好的對(duì)連續(xù)管導(dǎo)向。

旋轉(zhuǎn)噴頭9，連接在所述連續(xù)管2的出口處，用于鉆開(kāi)原煤作業(yè)支撐面10或作業(yè)煤層；采用的旋轉(zhuǎn)噴頭本身具備三種不同的噴眼，前噴眼形成的流束對(duì)煤層進(jìn)行切割和破碎，居中噴眼形成的流束進(jìn)行支撐和擴(kuò)徑，后端噴眼形成的流束通過(guò)反作用力提供向前的推力，同時(shí)建立孔洞內(nèi)循環(huán)通道，攜出煤粉煤屑；旋轉(zhuǎn)噴頭可以采用市場(chǎng)上現(xiàn)有的符合上述條件的高壓多孔噴頭，噴頭直徑20-50mm,噴嘴6-9個(gè)；旋轉(zhuǎn)噴頭可以多次重復(fù)使用；

高壓泵以水為介質(zhì)導(dǎo)體，通過(guò)水將壓力在連續(xù)油管中傳送至噴頭，使噴頭具有剪切破壞的高壓水射流，對(duì)煤層進(jìn)行切割破碎，以形成徑向水平洞；

煤粉返排管線11，連接在所述護(hù)管6的側(cè)向通道上；煤粉和煤屑從護(hù)管與連續(xù)管之間的環(huán)空進(jìn)入護(hù)管的返排煤粉的側(cè)向通道，從而進(jìn)入煤粉返排管線11；

瓦斯返排回收檢測(cè)裝置12，連接所述煤粉返排管線11，可以檢測(cè)瓦斯。若發(fā)生瓦斯超限等不利于作業(yè)安全的現(xiàn)象，應(yīng)及時(shí)停止作業(yè)，以確保安全。

進(jìn)一步地，所述煤礦井下自動(dòng)鉆孔裝置海還包括：夾緊并輸送所述連續(xù)管的送管裝置6(也稱(chēng)注入裝置，可以采用修井行業(yè)中的注入裝置)連接在所述旋管器3與所述護(hù)管7之間，以保證鉆孔的力度和調(diào)整鉆孔的速度。送管裝置可以采用雙絞盤(pán)結(jié)構(gòu)夾緊轉(zhuǎn)動(dòng)方式，在噴射過(guò)程中給噴射管額外施加一個(gè)前推力，在回拉過(guò)程中給噴射管額外施加一個(gè)拉出力。送管裝置與護(hù)管可以為螺紋連接。送管裝置6為鏈條齒輪傳動(dòng)的夾持機(jī)構(gòu)，夾持機(jī)構(gòu)可以為夾持塊，夾持塊夾緊噴射管(連續(xù)管)后由液壓馬達(dá)帶動(dòng)鏈條(沿著鉆孔方向40)送進(jìn)噴射管。送管裝置可以提供推進(jìn)和拉出力最大設(shè)計(jì)為500KG。送管裝置的動(dòng)力源可以來(lái)源于防爆電機(jī)。為了使連續(xù)管更順利的進(jìn)入到煤層中，還可以在送管裝置6(也稱(chēng)注入裝置)的下游到進(jìn)入到煤層之前設(shè)置套設(shè)在連續(xù)管之外的前置導(dǎo)向管5，前置導(dǎo)向管5為剛性管，起對(duì)連續(xù)管導(dǎo)向作用，前置導(dǎo)向管的一部分插在煤層里，另一部份露在外面(此部分套設(shè)在護(hù)管7中)。

進(jìn)一步地，所述旋管器3為滾筒，滾筒有6噸的拽力，能夠方便的放出或回收連續(xù)管，占用空間小。

進(jìn)一步地，所述煤礦井下自動(dòng)鉆孔裝置還包括：通過(guò)液壓油管35連接所述滾筒的液壓動(dòng)力單元37，這樣，能夠平穩(wěn)有力的放出或回收連續(xù)管2。連續(xù)管按軌道均勻排列在圓柱形滾筒上，液壓動(dòng)力單元37控制滾筒工作，通過(guò)滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)行連續(xù)管的放出或回收。液壓動(dòng)力單元37的動(dòng)力源可以來(lái)源于防爆電機(jī)。

進(jìn)一步地，所述煤礦井下自動(dòng)鉆孔裝置還包括：與所述加壓泵車(chē)1連接的水箱。水箱儲(chǔ)存施工噴射液(水)。加壓泵車(chē)1例如通過(guò)離心泵連接水箱，水箱中的施工液(例如為水)經(jīng)過(guò)離心泵送至高壓泵的入口，高壓泵的入口可以安裝有過(guò)濾器，過(guò)濾不利于鉆孔的雜質(zhì)。電機(jī)驅(qū)動(dòng)液壓系統(tǒng)向高壓泵提供動(dòng)力，帶動(dòng)高壓泵內(nèi)的三缸柱塞泵做活塞運(yùn)動(dòng)，以水為介質(zhì)導(dǎo)體，通過(guò)水將壓力在連續(xù)油管中傳送至噴頭，使噴頭具有剪切破壞的高壓水射流，對(duì)煤層進(jìn)行切割破碎，以形成徑向水平洞。水箱流入包括兩個(gè)并聯(lián)的體積為1方的水罐，水罐材質(zhì)為不銹鋼，采用圓角防磕碰設(shè)計(jì)，每個(gè)水罐出口單獨(dú)安裝一個(gè)閥門(mén)。

進(jìn)一步地，所述連續(xù)管的入口通過(guò)旋轉(zhuǎn)密封器31連接所述加壓泵車(chē)1，以滿(mǎn)足連續(xù)管2在送進(jìn)過(guò)程中的密封。

進(jìn)一步地，所述煤礦井下自動(dòng)鉆孔裝置還包括：套設(shè)在所述護(hù)管上并覆蓋在所述原煤作業(yè)支撐面上的保護(hù)盾7，防止高壓水射流鉆孔作業(yè)中，水射流反作用力對(duì)人造成傷害；遇到瓦斯突出時(shí)控制瓦斯導(dǎo)向，確保煤粉按煤粉返排口的通道集中瀉出。保護(hù)盾例如為圓形的或圓錐形的擋板，半徑大于鉆孔半徑和護(hù)管的半徑；保護(hù)盾的中間為連接孔，用于連接護(hù)管。保護(hù)盾與護(hù)管之間可以球形鉸接連接方式。護(hù)管與保護(hù)盾之間的角度可在0°～80°間任意調(diào)節(jié)。

進(jìn)一步地，加壓泵車(chē)1、滾筒和送管裝置連接防爆電機(jī)，加壓泵車(chē)1、滾筒和送管裝置的工作由防爆電機(jī)提供動(dòng)力源，以適合井下工作；防爆電機(jī)的電機(jī)功率設(shè)計(jì)為315KW(具體功率值可根據(jù)高壓泵、滾筒、送管裝置的負(fù)荷確定)，1140V，防爆等級(jí)EXDⅠ，有MA標(biāo)志。防爆電機(jī)驅(qū)動(dòng)液壓動(dòng)力單元向高壓泵提供動(dòng)力，帶動(dòng)高壓泵內(nèi)的三缸柱塞泵做活塞運(yùn)動(dòng)，以水為介質(zhì)導(dǎo)體，通過(guò)水將壓力在連續(xù)油管中傳送至噴頭，使噴頭具有剪切破壞的高壓水射流，對(duì)煤層進(jìn)行切割破碎，以形成徑向水平洞。

本實(shí)用新型還具有操作臺(tái)，操控施工作業(yè)。操作臺(tái)設(shè)有按鈕、旋鈕等控制部件，連接加壓泵車(chē)、旋管器等，通過(guò)操作臺(tái)上的按鈕、旋鈕，對(duì)泵壓、噴射速度、噴射壓力、回拉速度進(jìn)行精準(zhǔn)操作。通過(guò)操作臺(tái)數(shù)控儀表，顯示作業(yè)中的各項(xiàng)參數(shù)，以及對(duì)施工地層的分析和判斷，并通過(guò)數(shù)據(jù)分析，對(duì)噴射作業(yè)中的各種情況進(jìn)行總結(jié)。加壓泵車(chē)、旋管器、防爆電機(jī)、水箱，可以在50米以?xún)?nèi)的距離內(nèi)調(diào)節(jié)，以適應(yīng)井下復(fù)雜的生產(chǎn)環(huán)境，達(dá)到安全生產(chǎn)的目的。

如圖1所示，本實(shí)用新型還提出一種煤礦井下自動(dòng)鉆孔方法，所述煤礦井下自動(dòng)鉆孔方法例如，可以采取前面所述的煤礦井下自動(dòng)鉆孔裝置，該鉆孔方法包括以下步驟：

步驟A：用連續(xù)管2將高壓水流(最高壓力為100MPA)輸送到旋轉(zhuǎn)噴頭9處，用旋轉(zhuǎn)噴頭9噴出的高壓水流鉆開(kāi)原煤作業(yè)支撐面10，對(duì)原煤作業(yè)支撐面10進(jìn)行水利鉆孔；

步驟B：然后通過(guò)旋管器3向原煤作業(yè)支撐面20連續(xù)送進(jìn)所述連續(xù)管，這個(gè)過(guò)程不用手動(dòng)加尺或卸鉆桿，節(jié)約大量操作時(shí)間及人力；連續(xù)管2和旋轉(zhuǎn)噴頭9不斷在所述原煤作業(yè)支撐面中前進(jìn)，直到鉆出預(yù)定長(zhǎng)度的鉆孔通道，最長(zhǎng)可達(dá)200米。

噴射液被高壓泵加壓，經(jīng)過(guò)連續(xù)管，到達(dá)與其連接的旋轉(zhuǎn)噴頭，被高速釋放出來(lái)，打擊目的煤層成孔。在鉆進(jìn)過(guò)程中通過(guò)遠(yuǎn)程控制，實(shí)現(xiàn)鉆進(jìn)的自動(dòng)化，達(dá)到安全高效生產(chǎn)的目的。

進(jìn)一步地，所述煤礦井下自動(dòng)鉆孔方法還包括以下步驟：?jiǎn)我汇@孔成孔后，即完成一次鉆孔后，再通過(guò)往復(fù)多次回拉幾次，可以將孔徑擴(kuò)大1倍以上。采用連續(xù)管高壓水射流鉆孔，可以輕松的擴(kuò)孔，對(duì)于成孔性較好的煤層而言，可以減少布孔數(shù)量，節(jié)約成本，或在布孔數(shù)量不變的基礎(chǔ)上，縮短抽采時(shí)間。

進(jìn)一步地，所述煤礦井下自動(dòng)鉆孔方法還包括以下步驟：當(dāng)造成塌孔事故時(shí)，將所述連續(xù)管截?cái)?，留在所述原煤作業(yè)支撐面中。

本實(shí)用新型所采用的工作流程是：

1、準(zhǔn)備工作

(1)獲取煤層基礎(chǔ)參數(shù)。包括煤層的賦存條件、力學(xué)強(qiáng)度和瓦斯抽采參數(shù)等。

(2)施工設(shè)計(jì)。根據(jù)煤層的基礎(chǔ)參數(shù)和巷道內(nèi)的瓦斯抽采要求，合理地布置鉆孔，選擇合適的泵壓和流量，編寫(xiě)水力噴射鉆孔設(shè)計(jì)。

(3)設(shè)備物資入場(chǎng)。對(duì)巷道內(nèi)施工場(chǎng)地進(jìn)行規(guī)劃，下入、安裝并調(diào)試水力噴射鉆孔設(shè)備，保障施工供水和供電等。

2、高壓水射流鉆孔

(1)啟動(dòng)高壓泵車(chē)上的高壓泵，對(duì)管線進(jìn)行沖洗清潔，然后將旋轉(zhuǎn)噴嘴與軟管(連續(xù)管)連接。

(2)待高壓泵壓力達(dá)到噴入壓力后，啟動(dòng)滾筒和注入裝置，送進(jìn)撓性的連續(xù)管。

(3)進(jìn)行高壓水力噴射鉆孔作業(yè)，在噴進(jìn)過(guò)程中根據(jù)實(shí)際情況，調(diào)整噴射壓力和噴射速度，并根據(jù)情況可以進(jìn)行階段性的停留和多次反復(fù)回拉。單一鉆孔成孔后，再通過(guò)往復(fù)多次回拉幾次，可以將孔徑擴(kuò)大1倍以上，對(duì)于成孔性較好的煤層而言，可以減少布孔數(shù)量，節(jié)約成本，或在布孔數(shù)量不變的基礎(chǔ)上，縮短抽采時(shí)間。

(4)在高壓水力射流鉆孔作業(yè)中，密切關(guān)注工作面的瓦斯?jié)舛群透鞣N現(xiàn)象，若發(fā)生瓦斯超限等不利于作業(yè)安全的現(xiàn)象，應(yīng)及時(shí)停止作業(yè)，以確保安全。

(5)高壓水射流鉆孔完成后，準(zhǔn)備封孔，完成封孔后，進(jìn)行瓦斯抽采。

本實(shí)用新型可以形成井下瓦斯抽采新工藝，適用于井下工作面水平或大傾角鉆孔，進(jìn)行抽采瓦斯，提高瓦斯抽采功效，降低成本，保障安全。

以上所述僅為本實(shí)用新型示意性的具體實(shí)施方式，并非用以限定本實(shí)用新型的范圍。為本實(shí)用新型的各組成部分在不沖突的條件下可以相互組合，任何本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本實(shí)用新型的構(gòu)思和原則的前提下所作出的等同變化與修改，均應(yīng)屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。