[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

说明书

本发明公开了一种可控源微波辐射弱化煤层坚硬顶板的装置及方法，所述装置包括微波发生装置、微波传输通道、微波天线和封孔夹持器，微波发生装置产生的微波信号通过微波传输通道传输给微波天线，微波天线布置在钻孔中，通过封孔夹持器固定微波天线并封堵钻孔的孔口。所述方法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。本发明适用性强、节能环保、弱化效果好。

技术领域

本发明涉及一种可控源微波辐射弱化煤层坚硬顶板的装置及方法，涉及矿业工程领域中的坚硬顶板控制的装置及方法。

背景技术

冲击地压是煤矿生产过程中常见的一种矿井灾害，它是煤岩体中聚积的弹性势能在一定条件下的突然猛烈释放，导致岩石爆裂并弹射出来的现象，往往造成工作面的严重破坏、设备损坏和人员伤亡，已成为煤矿安全领域的世界性难题。

在矿井开采过程中，多数矿井冲击地压是由坚硬顶板的不及时垮落、导致应力集中而引起的。要解决这类问题，需对坚硬顶板岩体进行弱化，降低其强度和冲击倾向性；现多采用水力致裂、深孔爆破卸压等方法，这些方法耗时耗力、煤炭资源回采率低、适用性差、安全性低，急需探索新的顶板弱化方法。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种可控源微波辐射弱化煤层坚硬顶板的装置及方法，通过在采煤工作面回采巷道内布置微波辐射钻孔对煤层坚硬顶板进行辐射，利用可控源微波辐射对钻孔围岩中各矿物成分的热效应，使之产生热应力，引起受辐射钻孔围岩的结构损伤与热破裂，达到弱化煤层坚硬顶板的目的，具有高效、环保的特性。

技术方案：基于对煤岩的研究知识，我们发现：

1、由于天然岩体含有多种矿物，这些矿物的电导率、磁导率、介电常数都各不相同，使得微波对岩体内各矿物产生的热效应存在差异，形成明显的局部温差，产生热应力，引起岩体的结构损伤与热破裂，降低了岩体的强度。

2、微波对岩体的结构损伤效应不会随着微波的消失而消失，具有岩体改性的作用，从而使得岩体的结构特性发生变化。

3、微波对岩体的热效应具有整体性，在其影响范围内的岩石均会出现结构损伤与热破裂现象，从而弱化坚硬岩体。

基于上述考虑，我们设计使用微波对煤层坚硬顶板进行弱化的方案，本发明采用的技术方案为：

一种可控源微波辐射弱化煤层坚硬顶板的装置，包括微波发生装置、微波传输通道、微波天线和封孔夹持器，微波发生装置产生的微波信号通过微波传输通道传输给微波天线，微波天线置于钻孔中，通过封孔夹持器固定微波传输通道与微波天线并封堵钻孔的孔口。

具体的，所述微波发生装置包括壳体、微波发生器、散热器、高压转化器和微波功率无极调节器，微波发生器、散热器和高压转化器置于壳体内，散热器用于降低微波发生器的工作温度，高压转化器用于提供微波发生器的工作电压，微波功率无极调节器用于调节微波发生器的微波功率；在壳体上设置有微波传出孔和信号接线孔，微波传输通道通过微波传出孔与微波发生器连接，微波功率无极调节器通过信号接线孔与高压转化器连接。

具体的，所述微波传输通道为高性能波导材质，比如波导管或同轴电缆，当工作场所布置简单时用波导管，当工作场所布置复杂时用同轴电缆。

具体的，所述封孔夹持器为微波屏蔽材质，包括主体和楔子，主体的侧面设置有外螺纹，主体的底端面环绕主体的中心轴线均匀设置有两个盲孔；在主体内设置有同轴的楔形腔和走线通道，走线通道贯穿主体和楔形腔，楔子放置在主体的楔形腔内，主体、楔形腔、楔子、走线通道的中心轴线在同一条直线上，走线通道的内径与微波传输通道的外径相适配；沿主体的中心轴线，楔形腔的长度大于楔子的长度，楔形腔最小横截面直径小于楔子的最小横截面直径，楔形腔最大横截面直径大于楔子的最大横截面直径，楔形腔最小横截面和楔子的最小横截面均朝向主体的底端面一侧。