CN110029997A - 一种基于微波水热效应的预裂放顶煤方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于微波水热效应的预裂放顶煤方法，适用于解决坚硬的厚煤层放煤困难、落煤块度大、低回采率问题。在特厚煤层工作面开采前，沿工作面在两个液压支架间向煤层施工微波钻孔和水力压裂钻孔，将微波天线连接在同轴波导的前端并送入微波钻孔内，并对微波钻孔进行封孔。将水力压裂管送入水力压裂钻孔中后进行封孔，通过压裂管对钻孔实施水力压裂。同时，打开微波发生器，产生的微波并由微波天线向煤层辐射，煤层内的高压水在微波的作用下迅速加热，致裂煤体，提高放顶煤开采的效率。本方法工作面布置设计简单易行、实用、新颖合理、对安全性有一定的保证。
Description
技术领域
本发明涉及一种综采工作面的预裂顶煤的方法，尤其是一种适用于特厚煤层开采过程中基于微波水热效应的预裂放顶煤方法，属于煤矿开采技术领域。
背景技术
在煤矿开采过程中，经常遇到顶板煤岩体强度过大、不易破碎，矿山压力不能使顶煤及时充分破碎和垮落，压力水平达不到破坏顶煤致密煤岩体，其中，钻孔爆破顶煤存在一定的危险性、成本高、粉尘大、可控性差等问题，导致煤体粒度过大，造成采出效率低下；微波水热效应是对放顶煤进行可控制预裂，扩大煤层裂隙，致使煤块粒度变小。高压水在微波的作用下迅速加热，冲击煤体，降低煤层的强度和完整性，有效弱化了煤岩体的强度，提高了致裂过程的稳定性，便于落煤。从而提高放顶煤的开采效率。
发明内容
技术问题：本发明的目的是克服已有技术中存在的不足之处，提供一种方法简单、能够大幅提高放顶煤开采效率的微波水热效应的预裂放顶煤方法。
技术方案：本发明的一种基于微波水热效应的预裂放顶煤方法，包括以下步骤：
a、在特厚煤层工作面开采前，沿工作面在两个液压支架之间向煤层分别施工微波钻孔和水力压裂钻孔，钻孔施工到煤层与直接顶交界处，退钻；
b、将前端连接有微波天线在同轴波导送入微波钻孔内，按常规施工方法对微波钻孔进行封孔；
c、在同轴波导的钻孔外露端连接波导转换装置，波导转换装置包括波导转换器、与波导转换器相连的矩形波导和与矩形波导相连的微波发生器；
d、将水力压裂管送入水力压裂钻孔中，并在水力压裂管的外露端连接高压水泵，按常规施工方法对水力压裂钻孔进行封孔；
e、打开高压水泵，向煤层压力注水，实施水力压裂，当高压水泵的压力达到10MPa时，停止压裂；
f、打开微波发生器，波导转换装置产生的微波依次通过矩形波导、波导转换器和同轴波导到达微波天线，通过微波天线向煤层进行辐射，煤层内的高压水在微波的作用下迅速加热，致裂煤体，从而提高放顶煤开采的效率。
所述的微波钻孔和水力压裂钻孔间距为0.8-1.2m。
所述的微波发生器的工作频率为2.45GHz，功率为10kW。
有益效果：由于采用了上述技术方案，本发明解决了坚硬的厚煤层放煤困难、落煤块度大、低回采率问题。通过微波水热效应预裂放顶煤，能够大幅度提高放顶煤开采的效率。微波辐射产生的热应力能够损伤煤体，使煤体产生微裂隙；同时，高压射水对放顶煤煤层中的钻孔进行定向水力压裂，在高压水作用下煤层中产生水力裂隙，通过微波的热作用和高压水流的共同作用降低煤层的强度和完整性，扩大煤层裂隙，有效弱化了煤岩体的强度，提高了致裂过程的稳定性，便于落煤。能有效解决落煤块度大、采出效率低，该方法工艺简单，操作方便，预裂效果好，显著提高了放顶煤开采的工作效率。在本技术领域内具有广泛的实用性。
附图说明
图1是本发明的一种基于微波水热效应的预裂放顶煤方法示意图；
图2是图1的A-A截面图；
图中：1-液压支架，2-煤层，3-直接顶，4-老顶，5-微波钻孔，6-水力压裂钻孔，7-微波天线，8-同轴波导，9-波导转换器，10-矩形波导，11-微波发生器，12-水力压裂管，13-高压水泵
具体实施方式
下面结合附图对本发明的一个实施例作进一步的描述：
如图1所示，本发明的基于微波水热效应的预裂放顶煤方法，具体步骤如下：
a、首先在特厚煤层工作面开采前，沿工作面在两个液压支架1之间向煤层2分别施工微波钻孔5和水力压裂钻孔6，钻孔施工到煤层2与直接顶3交界处，退钻，直接顶3上覆岩层为老顶4；所述的微波钻孔5和水力压裂钻孔6间距为0.8-1.2m。
b、将前端连接有微波天线7在同轴波导8送入微波钻孔5内，按常规施工方法对微波钻孔5进行封孔；
c、在同轴波导8的钻孔外露端连接波导转换装置，波导转换装置包括波导转换器9、与波导转换器9相连的矩形波导10和与矩形波导10相连的微波发生器11；所述的微波发生器11的工作频率为2.45GHz，功率为10kW。
d、将水力压裂管12送入水力压裂钻孔6中，并在水力压裂管12的外露端连接高压水泵13，按常规施工方法对水力压裂钻孔6进行封孔；
e、打开高压水泵13，向煤层压力注水，实施水力压裂，当高压水泵13的压力达到10MPa时，停止压裂；。
f、打开微波发生器11，波导转换装置产生的微波依次通过矩形波导10、波导转换器9和同轴波导8到达微波天线7，并由微波天线7向煤层2进行辐射，煤层2内的高压水在微波的作用下迅速加热，致裂煤体，从而提高放顶煤开采的效率。
Claims (3)
1.一种基于微波水热效应的预裂放顶煤方法，其特征在于，包括以下步骤：
a、在特厚煤层工作面开采前，沿工作面在两个液压支架(1)之间向煤层(2)分别施工微波钻孔(5)和水力压裂钻孔(6)，钻孔施工到煤层(2)与直接顶(3)交界处，退钻；
b、将前端连接有微波天线(7)在同轴波导(8)送入微波钻孔(5)内，按常规施工方法对微波钻孔(5)进行封孔；
c、在同轴波导(8)的钻孔外露端连接波导转换装置，波导转换装置包括波导转换器(9)、与波导转换器(9)相连的矩形波导(10)和与矩形波导(10)相连的微波发生器(11)；
d、将水力压裂管(12)送入水力压裂钻孔(6)中，并在水力压裂管(12)的外露端连接高压水泵(13)，按常规施工方法对水力压裂钻孔(6)进行封孔；
e、打开高压水泵(13)，向煤层压力注水，实施水力压裂，当高压水泵(13)的压力达到10MPa时，停止压裂；
f、打开微波发生器(11)，波导转换装置产生的微波依次通过矩形波导(10)、波导转换器(9)和同轴波导(8)到达微波天线(7)，通过微波天线(7)向煤层(2)进行辐射，煤层(2)内的高压水在微波的作用下迅速加热，致裂煤体，从而提高放顶煤开采的效率。
2.根据权利要求1所述的一种基于微波水热效应的预裂放顶煤方法，所述的微波钻孔(5)和水力压裂钻孔(6)间距为0.8-1.2m。
3.根据权利要求1所述的一种基于微波水热效应的预裂放顶煤方法，其特征在于：所述的微波发生器(11)的工作频率为2.45 GHz，功率为10kW。
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