[发明专利]微波加热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消减厚硬顶板及遗留煤柱复合强矿压的方法。采用微波加热装置，在残采区遗留煤柱正上方的地面钻取“式”钻井，“式”钻井分为“式”钻井垂直段和“式”钻井水平段两部分，“式”钻井垂直段穿过上覆煤层厚硬顶板及上覆煤层到达下伏残采区遗留煤柱内，“式”钻井水平段在上覆煤层厚硬顶板内与工作面推进方向平行，一井双用，对上覆煤层厚硬顶板及下伏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。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，实现煤矿绿色开采，安全生产。

主权项

1.一种微波加热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：开采煤层经过下伏残采区遗留煤柱群及层间厚硬顶板且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“式”钻井，“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；“式”钻井分为“式”钻井垂直段和“式”钻井水平段两部分，“式”钻井垂直段穿过上覆煤层厚硬顶板及上覆煤层到达下伏残采区遗留煤柱内，“式”钻井水平段在上覆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“式”钻井称为“式”微波加热致裂钻井，第二个“式”钻井称为“式”检波钻井；第三步：将同轴波导、微波发射器布置在第二步钻取的“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“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“式”检波钻井垂直段的最深处；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残采区遗留煤柱；同时通过温度监测器查看温度传感器对“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，通过信号放大器和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“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“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；第五步：将同轴波导、微波发射器以及耐高温导线、温度传感器从“式”微波加热致裂钻井垂直段经导向轮布置在“式”微波加热致裂钻井水平段的最深处，并同步移动信号传输线、检波探头到“式”检波钻井水平段的最深处，重复第四步，直至此处的“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、温度传感器在“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“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；关闭大功率微波发生器；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“式”微波加热致裂钻井；第八步：将“式”检波钻井作为下一个“式”微波加热致裂钻井，相邻的未预裂“式”钻井作为下一个“式”检波钻井，重复第三步至第七步，直至第二步钻取的所有“式”钻井附近的厚硬顶板和残采区遗留煤柱全部致裂完成。