微波加热弱化下伏煤层开采厚硬顶板强矿压的方法和装置
专利汇可以提供微波加热弱化下伏煤层开采厚硬顶板强矿压的方法和装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种 微波 加热弱化下伏 煤 层开采厚硬顶板强矿压的方法和装置。本发明在上覆 煤层 采煤工作面 底板 向下伏煤层厚硬顶板打一排孔，孔间距d为6～18米，钻孔沿上覆煤层采煤工作面推进方向垂直布置，在上覆煤层开采时，弱化下伏煤层开采厚硬顶板强矿压。本发明充分利用微波加热破岩的高效率、 能量 密度 大、适应性广、穿透性强等特点，在上覆煤层开采时，对下伏煤层厚硬顶板进行预裂，达到弱化下伏煤层开采厚硬顶板强矿压的目的，从而实现煤矿绿色开采，安全生产。，下面是微波加热弱化下伏煤层开采厚硬顶板强矿压的方法和装置专利的具体信息内容。
1.一种微波加热弱化下伏煤层开采厚硬顶板强矿压的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，开采上覆煤层时，在上覆煤层采煤工作面将微波功率控制器—大功率微波发生器—圆形波导—波导转换器—同轴波导—微波发射器连接；同时用耐高温导线将微波功率控制器的一端与温度监测器—温度传感器连接；再用信号传输线将微波功率控制器的另一端与数据采集仪—信号放大器—检波探头连接，最后将储水罐—高压泵—冷却器—大功率微波发生器连接形成完整回路，通过微波发生器冷却控制阀控制开关；并与井下供电系统相连接；
步骤二，在上覆煤层采煤工作面底板向下伏煤层厚硬顶板打一排孔，孔间距d为6～18米，钻孔沿上覆煤层采煤工作面推进方向垂直布置，第一个钻孔称为微波加热致裂钻孔，第二个钻孔称为检波钻孔；
步骤三，将同轴波导、微波发射器，布置在步骤二钻取的微波加热致裂钻孔深处，耐高温导线、温度传感器布置在微波发射器上方，同时将信号传输线、检波探头布置在步骤二钻取的检波钻孔底部；
步骤四，启动大功率微波发生器，微波能量通过圆形波导—波导转换器—同轴波导输送至微波发射器，最终通过微波发射器辐射出的微波作用在下伏煤层厚硬顶板；同时通过温度监测器查看温度传感器对微波加热致裂钻孔附近厚硬顶板温度的监测，检波探头接收到微波发射器发出的信号，通过信号放大器—信号传输线传到数据采集仪，并分析接收到的反射波形延迟时间频谱情况，对下伏煤层厚硬顶板的致裂效果进行分析，操作微波功率控制器从而调整微波频率及加热功率，微波加热温度，直至微波加热致裂钻孔周围的厚硬顶板实现致裂；
步骤五，关闭大功率微波发生器，回收同轴波导、微波发射器，耐高温导线、温度传感器，信号传输线、检波探头，然后打开微波发生器冷却控制阀，储水罐的水经过高压泵—冷却器—大功率微波发生器回到储水罐，对大功率微波发生器进行冷却降温后，关闭微波发生器冷却控制阀；
步骤六，在微波加热致裂钻孔深处加入微波强吸收介质，最后封堵微波加热致裂钻孔；
步骤七，将检波钻孔作为下一个微波加热致裂钻孔，相邻的未致裂钻孔作为新的检波钻孔，重复步骤三至步骤六，直至步骤二钻取的钻孔周围的厚硬顶板全部致裂完成，实现弱化下伏煤层开采厚硬顶板强矿压的目的；
步骤八，当上覆煤层采煤工作面继续推进时，重复步骤二至步骤七，直至上覆煤层开采结束。
2.根据权利要求1所述的微波加热弱化下伏煤层开采厚硬顶板强矿压的方法，其特征在于，所述步骤二中，钻孔直径do为120mm～280mm，向下伏煤层厚硬顶板打钻孔深度h在40m～150m，钻孔与上覆煤层采煤工作面底板的夹角a范围在75º～90º。
3.根据权利要求1所述的微波加热弱化下伏煤层开采厚硬顶板强矿压的方法，其特征在于，所述的步骤三，温度传感器在微波发射器上方距离0.5m～2m处。
4.根据权利要求1所述的微波加热弱化下伏煤层开采厚硬顶板强矿压的方法，其特征在于，所述的步骤三，调节微波发射器在微波加热致裂钻孔中的位置，对下伏煤层厚硬顶板的不同位置实现致裂。
5.根据权利要求1所述的微波加热弱化下伏煤层开采厚硬顶板强矿压的方法，其特征在于，所述的步骤四，微波频率为815 1015MHz，微波功率为45kW 200kW，微波加热温度为~ ~
200℃～800℃。
6.根据权利要求1所述的微波加热弱化下伏煤层开采厚硬顶板强矿压的方法，其特征在于，所述的步骤五，储水罐内的水使用过滤后的矿井水。
7.根据权利要求1所述的微波加热弱化下伏煤层开采厚硬顶板强矿压的方法，其特征在于，步骤六中，所述微波强吸收介质为活性炭。
8.根据权利要求1所述的微波加热弱化下伏煤层开采厚硬顶板强矿压的方法，其特征在于，所述步骤八中，工作面推进距离为10m～20m。
9.一种微波加热弱化下伏煤层开采厚硬顶板强矿压的装置，用于上述权利要求1 /8任~
一项所述的微波加热弱化下伏煤层开采厚硬顶板强矿压的方法，其特征在于：包括：大功率微波发生器，微波功率控制器，圆形波导，波导转换器，同轴波导，微波发射器，温度监测器，耐高温导线，温度传感器，数据采集仪，信号放大器，信号传输线，检波探头，储水罐，高压泵，冷却器，微波发生器冷却控制阀；
大功率微波发生器通过圆形波导、波导转换器、同轴波导与微波发射器连接；大功率微波发生器将微波能量通过圆形波导、波导转换器、同轴波导输送到微波发射器，通过微波发射器对煤/岩体进行致裂；
温度监测器通过耐高温导线与温度传感器连接；温度传感器对附近煤/岩体的温度进行监测，并通过耐高温导线将温度数据传输到温度监测器；
数据采集仪、信号放大器、检波探头通过信号传输线相连接；检波探头接收穿过煤/岩体的微波信号，并通过信号传输线将波形数据传输到信号放大器，信号放大器将波形数据进行放大处理后，最终传输到数据采集仪，数据采集仪将得到的波形数据进行分析，判断煤/岩体的致裂效果；
微波功率控制器通过导线分别与大功率微波发生器、温度监测器、数据采集仪连接；微波功率控制器通过导线接收温度监测器和数据采集仪所得到的温度数据及波形数据，进而对大功率微波发生器进行调整；
储水罐、高压泵、冷却器、大功率微波发生器通过水管连接形成完整回路，微波发生器冷却控制阀控制开关；高压泵将储水罐的水通过水管再经冷却器冷却后，输送到大功率微波发生器，对大功率微波发生器进行降温，避免大功率微波发生器过热而无法使用。
10.根据权利要求9所述的微波加热弱化下伏煤层开采厚硬顶板强矿压的装置，其特征在于：所述的微波发射器的外壳为玻璃、陶瓷、聚乙烯、聚丙烯中的一种。
微波加热弱化下伏煤层开采厚硬顶板强矿压的方法和装置
技术领域
背景技术
发明内容
步骤二，在上覆煤层采煤工作面底板向下伏煤层厚硬顶板打一排孔，孔间距d为6～18米，钻孔沿上覆煤层采煤工作面推进方向垂直布置，第一个钻孔称为微波加热致裂钻孔，第二个钻孔称为检波钻孔；
步骤三，将同轴波导、微波发射器，布置在步骤二钻取的微波加热致裂钻孔深处，耐高温导线、温度传感器布置在微波发射器上方，同时将信号传输线、检波探头布置在步骤二钻取的检波钻孔底部；
步骤四，启动大功率微波发生器，微波能量通过圆形波导—波导转换器—同轴波导输送至微波发射器，最终通过微波发射器辐射出的微波作用在下伏煤层厚硬顶板；同时通过温度监测器查看温度传感器对微波加热致裂钻孔附近厚硬顶板温度的监测，检波探头接收到微波发射器发出的信号，通过信号放大器—信号传输线传到数据采集仪，并分析接收到的反射波形延迟时间频谱情况，对下伏煤层厚硬顶板的致裂效果进行分析，操作微波功率控制器从而调整微波频率及加热功率，微波加热温度，直至微波加热致裂钻孔周围的厚硬顶板实现致裂；
步骤五，关闭大功率微波发生器，回收同轴波导、微波发射器，耐高温导线、温度传感器，信号传输线、检波探头，然后打开微波发生器冷却控制阀，储水罐的水经过高压泵—冷却器—大功率微波发生器回到储水罐，对大功率微波发生器进行冷却降温后，关闭微波发生器冷却控制阀；
步骤六，在微波加热致裂钻孔深处加入微波强吸收介质，最后封堵微波加热致裂钻孔；
步骤七，将检波钻孔作为下一个微波加热致裂钻孔，相邻的未致裂钻孔作为新的检波钻孔，重复步骤三至步骤六，直至步骤二钻取的钻孔周围的厚硬顶板全部致裂完成，实现弱化下伏煤层开采厚硬顶板强矿压的目的；
步骤八，当上覆煤层采煤工作面继续推进时，重复步骤二至步骤七，直至上覆煤层开采结束。
温度监测器通过耐高温导线与温度传感器连接；温度传感器对附近煤/岩体的温度进行监测，并通过耐高温导线将温度数据传输到温度监测器；
数据采集仪、信号放大器、检波探头通过信号传输线相连接；检波探头接收穿过煤/岩体的微波信号，并通过信号传输线将波形数据传输到信号放大器，信号放大器将波形数据进行放大处理后，最终传输到数据采集仪，数据采集仪将得到的波形数据进行分析，判断煤/岩体的致裂效果；
微波功率控制器通过导线分别与大功率微波发生器、温度监测器、数据采集仪连接；微波功率控制器通过导线接收温度监测器和数据采集仪所得到的温度数据及波形数据，进而对大功率微波发生器进行调整；
储水罐、高压泵、冷却器、大功率微波发生器通过水管连接形成完整回路，微波发生器冷却控制阀控制开关；高压泵将储水罐的水通过水管再经冷却器冷却后，输送到大功率微波发生器，对大功率微波发生器进行降温，避免大功率微波发生器过热而无法使用。上述装置中，所述的微波发射器的外壳为玻璃、陶瓷、聚乙烯、聚丙烯中的一种。
附图说明
图3为微波加热弱化下伏煤层开采厚硬顶板强矿压的钻孔布置立体示意图；
图4为微波加热弱化下伏煤层开采厚硬顶板强矿压的钻孔布置平面示意图。
具体实施方式
大功率微波发生器1通过圆形波导3、波导转换器4、同轴波导5与微波发射器6连接；大功率微波发生器1将微波能量通过圆形波导3，波导转换器4，同轴波导5输送到微波发射器
6，微波发射器6负责对煤/岩体进行致裂。
11，信号放大器11将波形数据进行放大处理后，最终传输到数据采集仪10，数据采集仪10将得到的波形数据进行分析，判断煤/岩体的致裂效果。
本实施例微波加热弱化下伏煤层开采厚硬顶板强矿压的方法，具体包括以下步骤：
第一步：开采上覆煤层时，在上覆煤层采煤工作面20将微波功率控制器2—大功率微波发生器1—圆形波导3—波导转换器4—同轴波导5—微波发射器6连接；同时用耐高温导线8将微波功率控制器2的一端与温度监测器7—温度传感器9连接；再用信号传输线12将微波功率控制器2的另一端与数据采集仪10—信号放大器11—检波探头13连接，最后将储水罐
14—高压泵15—冷却器16—大功率微波发生器1连接形成完整回路，通过微波发生器冷却控制阀T1控制开关；并与井下供电系统相连接；
第二步：在上覆煤层采煤工作面20底板向下伏煤层厚硬顶板17打一排孔间距d为12米，钻孔直径do为220mm，钻孔深度h为58米的钻孔，钻孔与上覆煤层采煤工作面20底板的夹角a为90º，钻孔沿上覆煤层采煤工作面20推进方向垂直布置，第一个钻孔称为微波加热致裂钻孔18，第二个钻孔称为检波钻孔19；
第三步：将同轴波导5、微波发射器6，布置在第二步钻取的微波加热致裂钻孔18深处，耐高温导线8、温度传感器9布置在微波发射器6上方1m，同时将信号传输线12、检波探头13布置在第二步钻取的检波钻孔19底部；
第四步：启动大功率微波发生器1，微波能量通过圆形波导3—波导转换器4—同轴波导
5输送至微波发射器6，最终通过微波发射器6辐射出的微波（频率为915MHz）作用在下伏煤层厚硬顶板17；同时通过温度监测器7查看温度传感器9对微波加热致裂钻孔18附近厚硬顶板温度的监测，检波探头13接收到微波发射器6发出的信号，通过信号放大器11—信号传输线12传到数据采集仪10，并分析接收到的反射波形延迟时间频谱情况，对下伏煤层厚硬顶板17的致裂效果进行分析，操作微波功率控制器2从而调整微波频率至915MHz（±100MHz）及加热功率（80kW～150kW），微波加热温度（400℃～700℃），直至微波加热致裂钻孔18周围的厚硬顶板实现致裂；
第五步：关闭大功率微波发生器1，回收同轴波导5、微波发射器6，耐高温导线8、温度传感器9，信号传输线12、检波探头13，然后打开微波发生器冷却控制阀T1，储水罐14的水经过高压泵15—冷却器16—大功率微波发生器1回到储水罐14，对大功率微波发生器1进行冷却降温后，关闭微波发生器冷却控制阀T1；
第六步：在微波加热致裂钻孔18深处加入微波强吸收介质（活性炭），最后封堵微波加热致裂钻孔18；
第七步：将检波钻孔19作为下一个微波加热致裂钻孔18，相邻的未致裂钻孔作为新的检波钻孔19，重复第三步至第六步，直至第二步钻取的钻孔周围的厚硬顶板全部致裂完成，实现弱化下伏煤层开采厚硬顶板强矿压的目的；
第八步：当上覆煤层采煤工作面20继续推进12米时，重复第二步至第七步，直至上覆煤层开采结束。
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