[发明专利]等离子体弱化下伏煤层开采厚硬顶板强矿压的方法和装置

摘要

本发明公开了一种等离子体弱化下伏煤层开采厚硬顶板强矿压的方法和装置，属于煤矿开采领域。采用等离子体装置，在上覆煤层开采时，对下伏煤层厚硬顶板进行预裂，达到超前弱化下伏煤层开采厚硬顶板强矿压的目的。本发明充分利用离子间的强烈运动瞬间产生高温、高压的特性，形成冲击波使岩体产生裂隙并扩展，操作方便，方法简单；使采空区的悬顶面积减小，缩短初次来压和周期来压步距，降低来压强度,达到减小或消除厚硬顶板对矿井安全生产的危害，大幅提高顶板管理的安全性，与现有弱化下伏煤层开采厚硬顶板强矿压的系统及方法相比是一种“粗放式”向“精细式”的转变，实现了煤矿绿色开采，安全生产。

主权项

1.一种等离子体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：第一步：开采上覆煤层时，在上覆煤层采煤工作面用高压电缆将等离子体脉冲控制器、等离子体发生器、电极稳固装置、液相放电等离子体电极连接；同时用信号传输线将等离子体脉冲控制器、数据采集仪、信号放大器、检波探头连接；再用两用水管将储水罐、高压泵、冷却器、等离子体发生器连接形成完整回路，通过等离子体发生器冷却控制阀控制开关；最后用两用水管将高压泵、压力表、高压水喷头连接，通过高压水喷头控制阀控制开关；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，第一个钻孔称为等离子体致裂钻孔，第二个钻孔称为检波钻孔；第三步：将两用水管、高压水喷头，液相放电等离子体电极、电极稳固装置、高压电缆穿过钻孔封隔器，并布置在第二步钻取的等离子体致裂钻孔的底部，使钻孔封隔器膨胀封孔，同时将信号传输线、检波探头布置在第二步钻取的检波钻孔的底部；第四步：打开高压水喷头控制阀，储水罐内的水经高压泵、两用水管、高压水喷头射入等离子体致裂钻孔中，通过压力表观察，当水充满等离子体致裂钻孔内部时，关闭高压水喷头控制阀；第五步：交流电经过等离子体发生器、高压电缆、电极稳固装置、液相放电等离子体电极放电后，电能迅速转换为冲击能，充水的等离子体致裂钻孔中的压力迅速增加，使下伏煤层厚硬顶板的原始裂隙开始扩展并产生新的裂隙；同时检波探头接收到液相放电等离子体电极发出的信号，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裂隙发育情况进行分析，操作等离子体脉冲控制器从而调整放电频率，直至等离子体致裂钻孔周围的厚硬顶板实现致裂；第六步：关闭等离子体发生器，回收高压电缆、电极稳固装置、液相放电等离子体电极和两用水管、高压喷水头以及检波探头，然后打开等离子体发生器冷却控制阀，储水罐的水通过两用水管经高压泵、冷却器、等离子体发生器回到储水罐，对等离子体发生器进行冷却降温后，关闭等离子体发生器冷却控制阀，最后封堵等离子体致裂钻孔；第七步：将检波钻孔作为下一个等离子体致裂钻孔，相邻的未致裂钻孔作为新的检波钻孔，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继续推进时，重复第二步至第七步，直至上覆煤层开采结束。