[发明专利]一种基于微波加热液氮冷却的冷热冲击破岩装置及方法

权利要求书

1.一种基于微波加热液氮冷却的冷热冲击破岩装置的破岩方法，其中基于微波加热液氮冷却的冷热冲击破岩装置包括微波加热系统、液氮冷却系统、声发射监测系统，所述微波加热系统包括微波发生装置、同轴传输电缆及微波发射器；微波发生装置与微波发射器通过同轴传输电缆连接；所述微波发生装置由磁控管、矩形波导、环形器水负载、耦合器及检波器、调配器和同轴转换器组成，磁控管的输出口通过矩形波导依次连接环形器水负载、耦合器及检波器、调配器和同轴转换器，同轴转换器末端与同轴传输电缆连接；所述液氮冷却系统包括液氮压缩机、液氮罐、液氮泵及液氮输送软管，液氮压缩机的出口端通过液氮输送软管与液氮罐入口连接，液氮罐出口通过液氮输送软管与液氮泵连接，液氮泵出口端通过液氮输送软管连接至岩体的钻孔内；所述声发射监测系统包括记录分析显示系统、声发射数据采集处理系统、声发射探头及监测线，声发射探头设置岩体的钻孔内，声发射数据采集处理系统接收端通过监测线与钻孔内的声发射探头电连接；

其特征在于：破岩方法具体包括以下步骤：

步骤一：使用钻机在工作面施工冷热冲击钻孔；

步骤二：将微波发生装置、同轴传输电缆及微波发射器进行连接；将液氮压缩机、液氮罐、液氮泵使用液氮输送软管进行连接，并启动液氮压缩机，开始制备液氮；将声发射数据采集处理系统及声发射探头连接；

步骤三：根据声发射探头性能参数及钻孔深度，将声发射探头布置在冷热冲击岩体周围，声发射探头的数量要保证预破坏岩体完全被声发射探头包围，至少为八个；启动声发射监测系统；

步骤四：将微波发射器送入钻孔，启动微波发生装置，对钻孔进行微波加热；

步骤五：10分钟后或声发射监测系统监测到微波加热过程中每分钟声发射事件总数降低至其峰值的60％—40％时，关闭微波发生装置，取出钻孔内的微波发射器，将液氮输送软管送入钻孔，更换冲击方式；

步骤六：启动液氮泵，对钻孔进行液氮冷却；

步骤七：10分钟后或声发射监测系统监测到液氮冷却过程中每分钟声发射事件总数值降低至其峰值的60％—40％时，关闭液氮泵，取出钻孔内的液氮输送软管；

步骤八：重复步骤四～七，直至3-5分钟声发射事件总数小于上一循环中每分钟声发射事件总数平均值的40％时，或岩体明显破坏时停止；

所述方法中至少4个钻孔同时作业即同时微波加热或钻孔液氮冷却。

2.根据权利要求1所述的一种基于微波加热液氮冷却的冷热冲击破岩装置的破岩方法，其特征在于：所述液氮罐及液氮压缩机均设置有压力表和阀门，通过所述液氮罐上连接的压力表显示液氮罐内的压力值。

3.根据权利要求1所述的一种基于微波加热液氮冷却的冷热冲击破岩装置的破岩方法，其特征在于：所述液氮输送软管是输送转移液氮的专用管路，具有耐高温、阻燃及保温性能。

4.根据权利要求1所述的一种基于微波加热液氮冷却的冷热冲击破岩装置的破岩方法，其特征在于：所述声发射探头的数量至少为八个，具体是设置在岩体的四个角及工作面周边中点。

5.根据权利要求1所述的一种基于微波加热液氮冷却的冷热冲击破岩装置的破岩方法，其特征在于：所述步骤一种钻孔孔径大于微波发射器、同轴传输电缆及液氮输送软管的外径。