【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于煤矿安全，尤其是涉及一种基于微波和水交互作用致裂顶板装置及方法。
技术介绍
1、随着煤炭开采深度不断增大，冲击地压、强矿压显现等矿井灾害问题与日俱增。目前，常见的冲击地压防治方法工作周期长、防冲效率低、成本较高、污染严重、加之需要密切的监测和维护以及在一些特殊地质条件下效果不佳；且现有的设备没有对致裂效果的监测设备，无法对围岩应力进行深度监测，也无法对收集到的规律进行总结形成经验；另外，现有技术对环境不友好，会造成大量的资源浪费、高污染和大能耗等问题，提高了矿井的生产成本和治理难度；最后，普通封闭式微波设备只能进行单次作业。如果需要处理大量作业需要进行多次作业，效率较低，增加使用时间和操作成本。因此，亟需一种新的顶板弱化技术。微波辐射以其高效、清洁特性而广泛应用于煤岩改性领域，通过输送微波能至预定围岩区域，对其进行弱化处理，现有微波设备不能适应不规则形状进行作业，可能导致加热不均匀，作业不可靠，需要额外预处理；且目前冲击地压型矿井上覆顶板中存在含水层对致裂围岩的促进作用，没有得到充分应用，基于水对微波压裂孔周边围岩的浸润作用，极大提高了微波压裂孔周边围岩的介电常数，使得微波致裂围岩效果增强，高应力较快向围岩深部转移，从而起到高效防治冲击地压的目的。因此，提出一种基于微波与水交互致裂顶板机理，以实现弱化顶板的目的。
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于微波和水交互作用致裂顶板装置，基于岩层内含水层对微波压裂孔周围围岩的
2、为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：基于微波和水交互作用致裂顶板装置，其特征在于：包括设置在巷道内的开放式微波辐射发生器、竖向设置在所述开放式微波辐射发生器上且伸入至微波压裂孔内的声发射监测单元、以及均与所述开放式微波辐射发生器和所述声发射监测单元连接的控制单元；
3、所述声发射监测单元包括竖向设置在所述开放式微波辐射发生器上的微波导管和设置在所述微波导管的端部且伸入至所述微波压裂孔内的声发射监测机构；所述微波导管上连接有液压推杆；
4、所述声发射监测机构包括三个声发射监测件，三个所述声发射监测件沿所述微波导管的周向均匀布设，所述声发射监测件和所述微波导管之间设置有伸缩组件；
5、所述控制单元包括控制器、以及与所述控制器连接的存储器和定时器，所述声发射监测件和所述控制器连接。
6、上述的基于微波和水交互作用致裂顶板装置，其特征在于：所述开放式微波辐射发生器上外接冷却器，所述开放式微波辐射发生器上对称开设有进气口和出气口，所述冷却器安装在所述进气口上。
7、上述的基于微波和水交互作用致裂顶板装置，其特征在于：所述声发射监测件包括压电陶瓷和设置在所述压电陶瓷和所述伸缩组件之间的端子；所述压电陶瓷和所述控制器连接。
8、上述的基于微波和水交互作用致裂顶板装置，其特征在于：所述伸缩组件包括设置在所述微波导管的侧壁上的第一调节臂、设置在所述声发射监测件上的第二调节臂、以及设置在所述第一调节臂和所述第二调节臂之间的中间调节臂，所述第一调节臂和中间调节臂、以及所述第二调节臂和中间调节臂之间均为滑动连接。
9、上述的基于微波和水交互作用致裂顶板装置，其特征在于：所述第一调节臂、所述中间调节臂、以及所述第二调节臂的内部均为中空；所述第一调节臂的内侧中部设置有伸缩油缸，所述伸缩油缸的一端固定在所述第一调节臂靠近所述微波导管的侧壁上，所述伸缩油缸的另一端依次穿过所述中间调节臂和所述第二调节臂后延伸至所述第二调节臂内。
10、上述的基于微波和水交互作用致裂顶板装置，其特征在于：所述第一调节臂和所述中间调节臂的连接处设置有第一滑动块，所述中间调节臂和所述第二调节臂的连接处设置有第二滑动块。
11、上述的基于微波和水交互作用致裂顶板装置，其特征在于：所述伸缩油缸伸入至所述第二调节臂内的端部设置有第一定滑轮，所述第一定滑轮上设置有第一伸出绳，所述第一伸出绳的一端固定在所述第二调节臂靠近所述微波导管的侧壁上，所述第一伸出绳的另一端依次穿过所述第二调节臂和所述中间调节臂后固定在所述第一调节臂上；
12、所述中间调节臂靠近所述微波导管的侧壁上设置有第二定滑轮，所述第二定滑轮布设在所述中间调节臂外，且所述第二定滑轮布设在所述第一调节臂内；所述第二定滑轮上设置有第二伸出绳，所述第二伸出绳的一端固定在一个所述第一滑动块上，所述第二伸出绳的另一端固定在所述第二调节臂靠近所述微波导管的侧壁上。
13、本专利技术还提供了一种基于微波和水交互作用致裂顶板装置对顶板进行致裂的方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
14、步骤一、钻设微波压裂孔：利用钻机在煤层上钻设，直至钻机的钻杆伸入至岩层内，形成微波压裂孔；其中，所述微波压裂孔伸入至所述岩层内的孔段长度不小于1m，所述微波压裂孔的中轴线和所述岩层所在水平面之间的夹角为7°~8°，所述微波压裂孔的孔径φ为46mm~48mm；
15、步骤二、致裂顶板装置的准备和安装：将致裂顶板装置移动至所述微波压裂孔的正下方，启动液压推杆将微波导管推至所述微波压裂孔内，直至所述微波导管的顶部和所述微波压裂孔的孔底紧贴；启动伸缩组件，推动所述声发射监测件向靠近所述微波压裂孔孔壁的方向移动，直至所述声发射监测件和所述微波压裂孔的孔壁紧贴，并用伸缩组件维持住所述声发射监测件的位置；
16、步骤三、辐射开裂监测：先启动所述声发射监测件，所述声发射监测件监测周围的岩层的振铃计数值，并同步存储至存储器中；同时所述声发射监测件将监测到的基本参数也同步存储至存储器中；再启动所述开放式微波辐射发生器，将所述开放式微波辐射发生器的初始频率设置为10kw,通过所述微波导管向微波压裂孔外围的岩层持续进行辐射微波；定时器每隔1分钟发出指示，所述声发射监测件监测周围的岩层致裂时的振铃计数值，并同步存储至存储器中；同时所述声发射监测件将监测到的基本参数也同步存储至存储器中；
17、步骤四、次生裂隙的衍化：若岩层致裂时的振铃计数值没有达到岩层致裂时振铃计数的阈值范围，每隔1分钟,所述开放式微波辐射发生器的功率增加0.5kw，继续通过所述微波导管向微波压裂孔外围的岩层持续进行辐射微波；定时器每隔1分钟发出指示，所述声发射监测件监测周围的岩层致裂时的振铃计数值，并同步存储至存储器中，直至岩层致裂时的振铃计数值达到岩层致裂时振铃计数的阈值范围；
18、步骤五、评估裂隙：关闭所述开放式微波辐射发生器，提取所述存储器中本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.基于微波和水交互作用致裂顶板装置，其特征在于：包括设置在巷道内的开放式微波辐射发生器（2）、竖向设置在所述开放式微波辐射发生器（2）上且伸入至微波压裂孔（1）内的声发射监测单元、以及均与所述开放式微波辐射发生器（2）和所述声发射监测单元连接的控制单元；
2.根据权利要求1所述的基于微波和水交互作用致裂顶板装置，其特征在于：所述开放式微波辐射发生器（2）上外接冷却器（3），所述开放式微波辐射发生器（2）上对称开设有进气口和出气口，所述冷却器（3）安装在所述进气口上。
3.根据权利要求1所述的基于微波和水交互作用致裂顶板装置，其特征在于：所述声发射监测件包括压电陶瓷（5）和设置在所述压电陶瓷（5）和所述伸缩组件（7）之间的端子（6）；所述压电陶瓷（5）和所述控制器（8）连接。
4.根据权利要求1所述的基于微波和水交互作用致裂顶板装置，其特征在于：所述伸缩组件（7）包括设置在所述微波导管（4）的侧壁上的第一调节臂（13）、设置在所述声发射监测件上的第二调节臂（14）、以及设置在所述第一调节臂（13）和所述第二调节臂（14）之间的中间调节臂（15）
5.根据权利要求4所述的基于微波和水交互作用致裂顶板装置，其特征在于：所述第一调节臂（13）、所述中间调节臂（15）、以及所述第二调节臂（14）的内部均为中空；所述第一调节臂（13）的内侧中部设置有伸缩油缸（16），所述伸缩油缸（16）的一端固定在所述第一调节臂（13）靠近所述微波导管（4）的侧壁上，所述伸缩油缸（16）的另一端依次穿过所述中间调节臂（15）和所述第二调节臂（14）后延伸至所述第二调节臂（14）内。
6.根据权利要求4所述的基于微波和水交互作用致裂顶板装置，其特征在于：所述第一调节臂（13）和所述中间调节臂（15）的连接处设置有第一滑动块（17），所述中间调节臂（15）和所述第二调节臂（14）的连接处设置有第二滑动块（18）。
7.根据权利要求6所述的基于微波和水交互作用致裂顶板装置，其特征在于：所述伸缩油缸（16）伸入至所述第二调节臂（14）内的端部设置有第一定滑轮（19），所述第一定滑轮（19）上设置有第一伸出绳（20），所述第一伸出绳（20）的一端固定在所述第二调节臂（14）靠近所述微波导管（4）的侧壁上，所述第一伸出绳（20）的另一端依次穿过所述第二调节臂（14）和所述中间调节臂（15）后固定在所述第一调节臂（13）上；
8.根据权利要求1所述的基于微波和水交互作用致裂顶板装置对顶板进行致裂的方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
9.根据权利要求1所述的基于微波和水交互作用致裂顶板装置对顶板进行致裂的方法，其特征在于：步骤二中，在所述微波压裂孔（1）钻设完成后，将封孔器从微波压裂孔（1）的孔口处推至所述微波压裂孔（1）的孔底位置，并将封孔器插入所述微波压裂孔（1）的孔底。
10.根据权利要求1所述的基于微波和水交互作用致裂顶板装置对顶板进行致裂的方法，其特征在于：所述微波导管（4）的直径和一个所述声发射监测件的长度之和等于所述微波压裂孔（1）孔径的2/3~3/4。
...【技术特征摘要】
1.基于微波和水交互作用致裂顶板装置，其特征在于：包括设置在巷道内的开放式微波辐射发生器（2）、竖向设置在所述开放式微波辐射发生器（2）上且伸入至微波压裂孔（1）内的声发射监测单元、以及均与所述开放式微波辐射发生器（2）和所述声发射监测单元连接的控制单元；
2.根据权利要求1所述的基于微波和水交互作用致裂顶板装置，其特征在于：所述开放式微波辐射发生器（2）上外接冷却器（3），所述开放式微波辐射发生器（2）上对称开设有进气口和出气口，所述冷却器（3）安装在所述进气口上。
3.根据权利要求1所述的基于微波和水交互作用致裂顶板装置，其特征在于：所述声发射监测件包括压电陶瓷（5）和设置在所述压电陶瓷（5）和所述伸缩组件（7）之间的端子（6）；所述压电陶瓷（5）和所述控制器（8）连接。
4.根据权利要求1所述的基于微波和水交互作用致裂顶板装置，其特征在于：所述伸缩组件（7）包括设置在所述微波导管（4）的侧壁上的第一调节臂（13）、设置在所述声发射监测件上的第二调节臂（14）、以及设置在所述第一调节臂（13）和所述第二调节臂（14）之间的中间调节臂（15），所述第一调节臂（13）和中间调节臂（15）、以及所述第二调节臂（14）和中间调节臂（15）之间均为滑动连接。
5.根据权利要求4所述的基于微波和水交互作用致裂顶板装置，其特征在于：所述第一调节臂（13）、所述中间调节臂（15）、以及所述第二调节臂（14）的内部均为中空；所述第一调节臂（13）的内侧中部设置有伸缩油缸（16），所述伸缩油缸（16）的一端固定在所述第一调节臂（13）靠近所述微...
【专利技术属性】
技术研发人员：单鹏飞，杨攀，介凯，孟政，徐港，张龙，郗博佳，李伟，李晨炜，闫成伟，杨通，闫钟铭，史一溦，
申请(专利权)人：西安科技大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。