[发明专利]一种可控源微波辐射弱化煤层坚硬顶板的装置及方法

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）螺旋向上置于钻孔中，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；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；所述微波传输通道（6）为波导材质；

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。

2.一种采用权利要求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；包括如下步骤：

（）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；

（）根据步骤（）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、孔径R、预裂线距工作面距离D和微波参量；

（）根据步骤（）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；

（）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；

（）根据步骤（）的设计方案，在集中控制平台进行微波参量设定。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述步骤（）中，钻孔的垂直深度H根据坚硬顶板的厚度确定；钻孔方向为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。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述步骤（）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。