[发明专利]微波加热H式消减厚硬顶板及遗留煤柱复合强矿压的方法有效

专利信息
申请号: 201910512019.7 申请日: 2019-06-13
公开(公告)号: CN110273685B 公开(公告)日: 2020-12-29
发明(设计)人: 冯国瑞;毋皓田;白锦文;马建超;郭军;赵德康;刘超;康立勋 申请(专利权)人: 太原理工大学
主分类号: E21C41/18 分类号: E21C41/18;E21C37/16;E21B43/30
代理公司: 太原市科瑞达专利代理有限公司 14101 代理人: 申艳玲
地址: 030024 山西*** 国省代码: 山西;14
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摘要: 发明公开了一种微波加热H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“H式”钻井,当微波作用于岩体上,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的高效率、能量密度大、不需介质传热、穿透性强等特性,在地面钻取“H式”钻井,一井双用,双向作业,对上覆煤层厚硬顶板及残采区遗留煤柱进行预裂,不受空间限制,不影响下煤层采煤工作,操作方便、方法简单、无尘、无噪。
搜索关键词: 微波 加热 消减 顶板 遗留 复合 强矿压 方法
【主权项】:
1.一种微波加热H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:用于:煤层开采经过下伏残采区遗留煤柱群及层间厚硬顶板,且残采区遗留煤柱群内存在两个稳定的、间隔40米~200米遗留煤柱时的情况;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:确定地面与上覆煤层厚硬顶板、下伏残采区遗留煤柱的位置及距离关系,在残采区遗留煤柱正上方的地面钻取“H式”钻井,“H式”钻井个数为L/d个,L为上覆煤层工作面长度,d为钻井间距;第一个“H式”钻井称为“H式”微波加热致裂钻井,第二个“H式”钻井称为“H式”检波钻井;第三步,在“H式”钻井左、右两个垂直段上方的地面,分别准备两套第一步连接的微波加热装置,两套装置在“H式”钻井左右两侧施工步骤相同,故只做一侧说明;第四步:将同轴波导、微波发射器,布置在第二步钻取的“H式”微波加热致裂钻井垂直段最深处的残采区遗留煤柱内,耐高温导线、温度传感器穿过“H式”微波加热致裂钻井垂直段布置在微波发射器上方,同时将信号传输线、检波探头布置在第二步钻取的“H式”检波钻井垂直段的最深处;第五步: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残采区遗留煤柱;同时通过温度监测器查看温度传感器对“H式”微波加热致裂钻井垂直段附近残采区遗留煤柱的监测,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“H式”微波加热致裂钻井垂直段附近残采区遗留煤柱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“H式”微波加热致裂钻井垂直段内的残采区遗留煤柱实现致裂,关闭大功率微波发生器;第六步:将同轴波导、微波发射器以及耐高温导线、温度传感器从“H式”微波加热致裂钻井垂直段经导向轮布置在“H式”微波加热致裂钻井水平段的中间位置,并同步移动信号传输线、检波探头到“H式”检波钻井水平段的中间位置,重复第五步,直至此处的“H式”微波加热致裂钻井水平段附近的厚硬顶板实现致裂;第七步:移动同轴波导、微波发射器以及耐高温导线、温度传感器在“H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“H式”检波钻井水平段的位置,重复第五步,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;第八步: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“H式”微波加热致裂钻井;第九步:将“H式”检波钻井作为下一个“H式”微波加热致裂钻井,相邻的未预裂“H式”钻井作为下一个“H式”检波钻井,重复第三步至第八步,直至第二步钻取的所有“H式”钻井附近的厚硬顶板和残采区遗留煤柱全部致裂完成。
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