[发明专利]微波加热L式消减厚硬顶板及遗留煤柱复合强矿压的方法

摘要

本发明公开了一种微波加热L式消减厚硬顶板及遗留煤柱复合强矿压的方法，属于煤矿开采技术领域。本发明将微波加热与煤矿开采相结合，在残采区遗留煤柱正上方的地面钻取“L式”钻井，当微波（频率为300MHz～300GHz的电磁波）作用于岩体上，电磁场以波的形式给岩体以能量，能量又通过岩石的吸热而转换，使物体内部产生类似摩擦，温度升高，在岩体中产生内应力以及岩体中水分的蒸发、物质的分解和膨胀等共同作用下而导致岩体破裂。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，一井双用，对下伏煤层厚硬顶板及残采区遗留煤柱进行预裂，达到消减厚硬顶板及残采区遗留煤柱复合强矿压的目的。

主权项

1.一种微波加热L式消减厚硬顶板及遗留煤柱复合强矿压的方法，其特征在于：该方法用于：开采煤层经过上覆残采区遗留煤柱群及层间厚硬顶板，且残采区遗留煤柱群中的煤柱错综复杂的情况；包括以下步骤：第一步：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；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；温度监测器通过耐高温导线与温度传感器连接；通过信号传输线将数据采集仪—信号放大器—检波探头相连接；通过水管将储水罐—高压泵—冷却器—大功率微波发生器连接形成完整回路，微波发生器冷却控制阀控制开关；并与地面供电系统相连接；第二步：确定地面与残采区遗留煤柱，下伏煤层厚硬顶板的位置及距离关系，在残采区遗留煤柱正上方的地面钻取“L式”钻井，“L式”钻井个数为L/d个，其中L为下伏煤层工作面长度，d为钻井间距；“L式”钻井分为“L式”钻井垂直段和“L式”钻井水平段两部分，“L式”钻井垂直段穿过残采区遗留煤柱到达下伏煤层厚硬顶板，“L式”钻井水平段在下伏煤层厚硬顶板内与工作面推进方向平行，并且在垂直段和水平段的交汇处安装有导向轮，第一个“L式”钻井称为“L式”微波加热致裂钻井，第二个“L式”钻井称为“L式”检波钻井；第三步：将同轴波导、微波发射器，穿过“L式”微波加热致裂钻井垂直段经导向轮布置在第二步钻取的“L式”微波加热致裂钻井水平段的最深处，耐高温导线、温度传感器穿过“L式”微波加热致裂钻井垂直段经导向轮布置在微波发射器后方，同时将信号传输线、检波探头穿过“L式”检波钻井垂直段经导向轮布置在第二步钻取的“L式”检波钻井水平段的最深处；第四步：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“L式”微波加热致裂钻井水平段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，对此处的“L式”微波加热致裂钻井水平段附近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，直至此处的“L式”微波加热致裂钻井水平段附近的厚硬顶板实现致裂，关闭大功率微波发生器；第五步：移动同轴波导、微波发射器以及耐高温导线、温度传感器在“L式”微波加热致裂钻井水平段的位置，并同步移动信号传输线、检波探头在“L式”检波钻井水平段的位置，重复第四步，直至微波加热致裂钻井水平段附近的全部厚硬顶板实现致裂；第六步：移动同轴波导、微波发射器以及耐高温导线、温度传感器到“L式”微波加热致裂钻井垂直段的残采区遗留煤柱附近，并同步移动信号传输线、检波探头，重复第四步，直至“L式”微波加热致裂钻井垂直段附近的残采区遗留煤柱实现致裂；第七步：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，最后封堵“L式”微波加热致裂钻井；第八步：将“L式”检波钻井作为下一个“L式”微波加热致裂钻井，相邻的未预裂“L式”钻井作为下一个“L式”检波钻井，重复第三步至第七步，直至第二步钻取的所有“L式”钻井附近的厚硬顶板和残采区遗留煤柱全部致裂完成。