基于微波和水交互作用致裂顶板装置

本技术属于煤矿安全，尤其是涉及一种基于微波和水交互作用致裂顶板装置。

背景技术：

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、本实用新型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浸润作用，极大提高了微波压裂孔周边围岩的介电常数，通过开放式微波辐射发生器产生的微波，二者结合使得微波致裂围岩效果增强，高应力较快向围岩深部转移，并利用所述声发射监测单元对岩层附近的裂隙发育情况进行数据采集，最后得到岩层的裂隙生成情况，对有效降低岩层冲击倾向性起到了参考作用，可广泛应用于煤矿顶板复杂多变的地质条件，进而降低冲击地压对人身安全的威胁，保护基础设施的完整性和稳定性。

2、为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：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；

4、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；

5、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；

6、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；

7、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。

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。

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、上述的基于微波和水交互作用致裂顶板装置，其特征在于：所述微波压裂孔的孔底设置有封孔器。

14、上述的基于微波和水交互作用致裂顶板装置，其特征在于：所述微波导管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孔径的2/3~3/4。

15、本实用新型与现有技术相比具有以下优点：

16、1、本实用新型基于岩层内含水层对微波压裂孔周围围岩的浸润作用，极大提高了微波压裂孔周边围岩的介电常数，通过开放式微波辐射发生器产生的微波，二者结合使得微波致裂围岩效果增强，高应力较快向围岩深部转移，并利用所述声发射监测单元对岩层附近的裂隙发育情况进行数据采集，最后得到岩层的裂隙生成情况，对有效降低岩层冲击倾向性起到了参考作用，可广泛应用于煤矿顶板复杂多变的地质条件，进而降低冲击地压对人身安全的威胁，保护基础设施的完整性和稳定性。

17、2、本实用新型加入声发射装置对岩层的压力和变形进行实时监测，提高了工作的准确性。

18、3、本实用新型通过设置伸缩组件，可以使所述声发射监测件和所述微波压裂孔的内壁紧密相连，更好地收集、监测、分析致裂过程中的声发射信号，并提供更准确的数据支持和分析。

19、综上所述，本实用新型基于岩层内含水层对微波压裂孔周围围岩的浸润作用，极大提高了微波压裂孔周边围岩的介电常数，通过开放式微波辐射发生器产生的微波，二者结合使得微波致裂围岩效果增强，高应力较快向围岩深部转移，并利用所述声发射监测单元对岩层附近的裂隙发育情况进行数据采集，最后得到岩层的裂隙生成情况，对有效降低岩层冲击倾向性起到了参考作用，可广泛应用于煤矿顶板复杂多变的地质条件，进而降低冲击地压对人身安全的威胁，保护基础设施的完整性和稳定性。

20、下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

技术特征：

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。

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。

4.根据权利要求3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）。

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；

6.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：所述微波压裂孔（1）的孔底设置有封孔器。

7.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。

技术总结本技术公开了一种基于微波和水交互作用致裂顶板装置，包括开放式微波辐射发生器、声发射监测单元、以及控制单元。本技术基于岩层内含水层对微波压裂孔周围围岩的浸润作用，极大提高了微波压裂孔周边围岩的介电常数，通过开放式微波辐射发生器产生的微波，二者结合使得微波致裂围岩效果增强，并利用所述声发射监测单元对岩层附近的裂隙发育情况进行数据采集，最后得到岩层的裂隙生成情况，对有效降低岩层冲击倾向性起到了参考作用。技术研发人员：单鹏飞,介凯,杨攀,张龙,孟政,徐港,郗博佳,杨通,李伟,李晨炜,闫成伟,史一溦,闫钟铭受保护的技术使用者：西安科技大学技术研发日：20231226技术公布日：2024/7/15