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专利号: 2019111108686
申请人: 中国矿业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 土层或岩石的钻进;采矿
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种可控源微波辐射弱化煤层坚硬顶板的装置,其特征在于:包括微波发生装置(1)、微波传输通道(6)、微波天线(3)和封孔夹持器(4),微波发生装置(1)产生的微波信号通过微波传输通道(6)传输给微波天线(3),微波天线(3)置于钻孔中,通过封孔夹持器(4)固定微波传输通道(6)与微波天线(3)并封堵钻孔的孔口。

2.根据权利要求1所述的可控源微波辐射弱化煤层坚硬顶板的装置,其特征在于:所述微波发生装置(1)包括壳体(106)、微波发生器(101)、散热器(102)、高压转化器(103)和微波功率无极调节器(104),微波发生器(101)、散热器(102)和高压转化器(103)置于壳体(106)内,散热器(102)用于降低微波发生器(101)的工作温度,高压转化器(103)用于提供微波发生器(101)的工作电压,微波功率无极调节器(104)用于调节微波发生器(101)的微波功率;在壳体(106)上设置有微波传出孔(107)和信号接线孔(108),微波传输通道(6)通过微波传出孔(107)与微波发生器(101)连接,微波功率无极调节器(104)通过信号接线孔(108)与高压转化器(103)连接。

3.根据权利要求1所述的可控源微波辐射弱化煤层坚硬顶板的装置,其特征在于:所述微波传输通道(6)为波导材质。

4.根据权利要求1所述的可控源微波辐射弱化煤层坚硬顶板的装置,其特征在于:所述封孔夹持器(4)为微波屏蔽材质,包括主体(401)和楔子(402),主体(401)的侧面设置有外螺纹(403),主体(401)的底端面环绕主体的中心轴线均匀设置有两个盲孔(404);在主体(401)内设置有同轴的楔形腔(405)和走线通道(406),走线通道(406)贯穿主体(401)和楔形腔(405),楔子(402)放置在主体(401)的楔形腔(405)内,主体(401)、楔形腔(405)、楔子(402)、走线通道(406)的中心轴线在同一条直线上,走线通道(406)的内径与微波传输通道(6)的外径相适配;沿主体(401)的中心轴线,楔形腔(405)的长度大于楔子(402)的长度,楔形腔(405)最小横截面直径小于楔子(402)的最小横截面直径,楔形腔(405)最大横截面直径大于楔子(402)的最大横截面直径,楔形腔(405)最小横截面和楔子(402)的最小横截面均朝向主体(401)的底端面一侧。

5.一种采用可控源微波辐射弱化煤层坚硬顶板的方法,其特征在于:在待弱化煤层坚硬顶板岩体区域钻孔,在钻孔内布置微波天线,通过微波辐射使得岩体内各矿物质产生热效性差异,形成局部温差,产生热应力,引起岩体的结构损伤与热破裂,降低岩体的强度。

6.一种采用可控源微波辐射弱化煤层坚硬顶板的装置弱化煤层坚硬顶板的方法,其特征在于:包括如下步骤:

(a)根据井下钻孔取样检测,获取组成煤层坚硬顶板岩石的矿物成分及物理力学信息,掌握回采工作面开采技术条件;

(b)根据步骤(a)的检测结果,设计微波辐射钻孔施工方案,包括钻孔的垂直深度H、钻孔方向β、孔径R、预裂线距工作面距离D和微波参量;

(c)根据步骤(b)的设计方案,采用巷道双向钻孔法,在机巷和风巷内分别布置钻场,向煤层坚硬顶板岩石施工钻孔;

(d)将微波天线布置到钻孔中,使用封孔夹持器进行封孔;固定完毕后,在机巷和风巷钻场周围的设定范围内的巷道围岩上铺设金属屏蔽网;

(e)根据步骤(b)的设计方案,在集中控制平台进行微波参量设定。

7.根据权利要求6所述的弱化煤层坚硬顶板的方法,其特征在于:所述步骤(b)中,钻孔的垂直深度H根据坚硬顶板的厚度确定;钻孔方向β为20~80°;孔径R根据微波天线的参数确定;预裂线距工作面距离D为工作面来压步距或其整数倍;微波参量包括微波功率和时间,其中微波时间为工作面推进到预裂线区域所需的时间,微波功率为在微波时间内到达弱化坚硬顶板所需的功率大小;设计钻孔的终孔位置落在预裂线上,钻孔的数量和孔间距根据采煤工作面宽度、顶板岩性和微波参量设定。

8.根据权利要求6所述的弱化煤层坚硬顶板的方法,其特征在于:所述步骤(b)中,设计在基本顶的钻孔内布置微波天线,在直接顶的钻孔内不布置微波天线。

9.根据权利要求6所述的弱化煤层坚硬顶板的方法,其特征在于:所述步骤(d)中,使用扳手(8)固定封孔夹持器(4),扳手(8)包括带缺口的圆环(803),固定在圆环(803)径向两侧分别固定连接有一个握把(802),每个握把(802)上固定一个卡销(801);微波天线(3)穿过封孔夹持器(4)的走线通道(406)后,将封孔夹持器(4)的顶部推进钻孔(2)孔口处;同时,利用圆环(803)上的缺口将微波传输通道(6)卡入圆环(803)内,将两个卡销(801)对应插入封孔夹持器(4)外端面的两个盲孔(404)中;当微波传输通道(6)在外力F作用下推入钻孔(2)指定位置的同时,通过握把(802)旋转扳手(8)带动封孔夹持器(4)转动,封孔夹持器(4)在外螺纹(403)的作用下,攻入钻孔(2),封孔夹持器(4)与钻孔(2)相互紧密配合;封孔夹持器(4)攻入钻孔(2)的时间与微波天线(3)伸入到钻孔指定位置的时间相一致,解除外力F作用后,微波传输通道(6)、微波天线(3)和楔子(402)在重力G作用下发生位移并形成过盈配合,从而达到固定与封孔的目的。

10.根据权利要求6所述的弱化煤层坚硬顶板的方法,其特征在于:所述步骤(d)中,金属屏蔽网为柔性金属网,采用锚杆将金属屏蔽网固定于巷道围岩上,金属屏蔽网的孔径小于微波发生装置产生的微波波长的1/4。