CN110388207B - 微波加热消减厚硬顶板及遗留煤柱复合强矿压的方法 - Google Patents

微波加热消减厚硬顶板及遗留煤柱复合强矿压的方法 Download PDF

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CN110388207B CN201910642128.0A CN201910642128A CN110388207B CN 110388207 B CN110388207 B CN 110388207B CN 201910642128 A CN201910642128 A CN 201910642128A CN 110388207 B CN110388207 B CN 110388207B
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Abstract

本发明公开了一种微波加热消减厚硬顶板及遗留煤柱复合强矿压的方法。采用微波加热装置，在残采区遗留煤柱正上方的地面钻取“
Figure DDA0002132226840000011
式”钻井，“
Figure DDA0002132226840000012
式”钻井分为“
Figure DDA0002132226840000013
式”钻井垂直段和“
Figure DDA0002132226840000014
式”钻井水平段两部分，“
Figure DDA0002132226840000015
式”钻井垂直段穿过上覆煤层厚硬顶板及上覆煤层到达下伏残采区遗留煤柱内，“
Figure DDA0002132226840000016
式”钻井水平段在上覆煤层厚硬顶板内与工作面推进方向平行，一井双用，对上覆煤层厚硬顶板及下伏残采区遗留煤柱进行预裂，达到消减厚硬顶板及残采区遗留煤柱复合强矿压的目的。本发明充分利用微波加热破岩的高效率、能量密度大、适应性广、穿透性强等特点，实现煤矿绿色开采，安全生产。

Description

微波加热消减厚硬顶板及遗留煤柱复合强矿压的方法
技术领域
本发明涉及一种微波加热
Figure BDA0002132226820000011
式消减厚硬顶板及遗留煤柱复合强矿压的方法，属于煤矿开采技术领域。
背景技术
所谓上行开采方法，即先采下伏煤层后采上覆煤层。当上覆煤层开采时，会经过层间厚硬顶板及下伏残采区遗留煤柱群，受到上下复合强矿压影响采煤工作。
复合强矿压主要来源于：(a)厚硬顶板：由于自然地质条件，许多矿区的上覆煤层存在厚度大、强度高、节理裂隙不发育、完整性好的厚硬顶板；(b)残采区遗留煤柱：新中国成立初期我国的采煤工艺相对落后，为保证围岩的稳定性、保障工作面的安全生产，会留设部分煤柱支撑上覆岩层；在现代高度机械化的开采过程中，受构造及其它开采条件的限制，部分煤柱的留设不可避免；采用柱式体系采煤法时，部分煤柱会留下不采。这就导致在煤层开采完毕后，残采区会有大量的遗留煤柱。
当开采受到厚硬顶板及下伏残采区遗留煤柱复合强矿压影响的上覆煤层时，会造成工作面矿压显现强烈，工作面片帮严重，巷道底鼓，采空区顶板垮落剧烈并伴有巨响，工作面支架压力增加明显，支架压死、巷道单体支柱破坏也时有发生，而且采场厚硬顶板的初次/周期来压步距也会增大,并积聚大量的能量,当采场厚硬顶板突然跨落时，积聚的能量就会瞬间释放出来，从而引发剧烈的冲击动力灾害，造成设备损坏，人员伤亡，严重危害矿井安全生产。
厚硬顶板及残采区遗留煤柱造成的复合强矿压的预测及防治工作较为困难，当前对于厚硬顶板及残采区遗留煤柱影响的上覆煤层工作面复合强矿压的控制方法有：a、被动控制法：(1)调整上覆煤层工作面的开采方向、布置方位，从而避开下伏残采区遗留煤柱的集中应力影响区，但工作面仍受厚硬顶板压力的影响，并未从根本上解决问题；(2)加强上覆煤层工作面的支护，但当工作面矿压显现强烈时，通过单纯加强支护的技术措施就很难保证安全生产，且支护成本高；(3)在受厚硬顶板及残采区遗留煤柱影响的上覆煤层工作面，也留设更大的煤柱，但造成了煤炭资源的极大浪费；b、主动控制法：(1)在厚硬顶板及残采区遗留煤柱中进行***，但施工工程量大，可控性差,尤其对于高瓦斯矿井容易引发瓦斯***,存在安全隐患；(2)采用水压致裂厚硬顶板及残采区遗留煤柱，但消耗了大量的水资源,且致裂过程中高压压裂液中的化学试剂容易污染井下环境。由以上复合强矿压的控制方法可以看出，被动控制法效果不好，没有真正解决问题；主动控制法施工地点多在工作面或者巷道内，影响采煤工作，并且需要分别致裂厚硬顶板及残采区遗留煤柱，步骤繁琐。因此,需要寻找一种效率高、易控制、效果好的消减厚硬顶板及残采区遗留煤柱复合强矿压的方法来保障工作面的安全生产。
当微波(频率为300MHz～300GHz的电磁波)作用于岩体上，电磁场以波的形式给岩体以能量，能量又通过岩石的吸热而转换，使物体内部产生类似摩擦,温度升高，在岩体中产生内应力以及岩体中水分的蒸发、物质的分解和膨胀等共同作用下而导致岩体破裂。微波加热的特点为高效率、能量密度大、不需介质传热、穿透性强等。目前它已被广泛应用于油气钻井、开采、原油输送、化学工业、医疗等领域。然而,微波加热消减复合强矿压的技术在煤炭开采技术领域(尤其在微波加热地面“
Figure BDA0002132226820000021
式”消减厚硬顶板及残采区遗留煤柱复合强矿压方面)的应用却很少。
发明内容
本发明旨在提供一种微波加热
Figure BDA0002132226820000022
式消减厚硬顶板及遗留煤柱复合强矿压的方法和装置，不仅效率高、易控制、效果好、灵活性强、无尘、无噪，可以避免前述方法的劣势和不足，而且充分利用微波加热破岩的高效率、能量密度大、适应性广、穿透性强等特点，在地面钻取“
Figure BDA0002132226820000023
式”钻井，一井双用，对上覆煤层厚硬顶板及下伏残采区遗留煤柱进行预裂，达到消减厚硬顶板及残采区遗留煤柱复合强矿压的目的，从而实现煤矿绿色开采，安全生产。
本发明针对的处理对象是：若开采煤层经过下伏残采区遗留煤柱群及层间厚硬顶板，且残采区遗留煤柱群中的煤柱错综复杂，可以选用“
Figure BDA0002132226820000024
式”钻井，从地面作业，达到消减厚硬顶板及遗留煤柱复合强矿压的目的。
本发明提供了一种微波加热
Figure BDA0002132226820000025
式消减厚硬顶板及遗留煤柱复合强矿压的方法，包括以下步骤：
第一步：微波功率控制器通过导线分别与大功率微波发生器、温度监测器、数据采集仪连接；大功率微波发生器通过圆形波导、波导转换器、同轴波导与微波发射器连接；温度监测器通过耐高温导线与温度传感器连接；通过信号传输线将数据采集仪、信号放大器、检波探头相连接；通过水管将储水罐、高压泵、冷却器、大功率微波发生器连接形成完整回路，微波发生器冷却控制阀控制开关；并与地面供电***相连接；
第二步：确定地面与上覆煤层厚硬顶板，下伏残采区遗留煤柱的位置及距离关系，在残采区遗留煤柱正上方的地面钻取“
Figure BDA0002132226820000026
式”钻井，“
Figure BDA0002132226820000027
式”钻井个数为L/d个，L为上覆煤层工作面长度，d为钻井间距；“
Figure BDA0002132226820000028
式”钻井分为“
Figure BDA0002132226820000029
式”钻井垂直段和“
Figure BDA00021322268200000210
式”钻井水平段两部分，“
Figure BDA00021322268200000211
式”钻井垂直段穿过上覆煤层厚硬顶板及上覆煤层到达下伏残采区遗留煤柱内，“
Figure BDA00021322268200000212
式”钻井水平段在上覆煤层厚硬顶板内与工作面推进方向平行，并且在垂直段和水平段的交汇处安装有导向轮，第一个“
Figure BDA00021322268200000213
式”钻井称为“
Figure BDA00021322268200000214
式”微波加热致裂钻井，第二个“
Figure BDA00021322268200000215
式”钻井称为“
Figure BDA0002132226820000031
式”检波钻井；
第三步：将同轴波导、微波发射器布置在第二步钻取的“
Figure BDA0002132226820000032
式”微波加热致裂钻井垂直段最深处的残采区遗留煤柱内，耐高温导线、温度传感器穿过“
Figure BDA0002132226820000033
式”微波加热致裂钻井垂直段布置在微波发射器上方，同时将信号传输线、检波探头布置在第二步钻取的“
Figure BDA0002132226820000034
式”检波钻井垂直段的最深处；
第四步：启动大功率微波发生器，微波能量通过圆形波导、波导转换器、同轴波导输送至微波发射器，最终通过微波发射器辐射出的微波作用在残采区遗留煤柱；同时通过温度监测器查看温度传感器对“
Figure BDA0002132226820000035
式”微波加热致裂钻井垂直段附近残采区遗留煤柱的监测，检波探头接收到微波发射器发出的信号，通过信号放大器和信号传输线传到数据采集仪，并分析接收到的反射波形延迟时间频谱情况，对此处的“
Figure BDA0002132226820000036
式”微波加热致裂钻井垂直段附近残采区遗留煤柱的致裂效果进行分析，操作微波功率控制器从而调整微波频率及加热功率，微波加热温度，直至“
Figure BDA0002132226820000037
式”微波加热致裂钻井垂直段内的残采区遗留煤柱实现致裂；关闭大功率微波发生器；
第五步：将同轴波导、微波发射器以及耐高温导线、温度传感器从“
Figure BDA0002132226820000038
式”微波加热致裂钻井垂直段经导向轮布置在“
Figure BDA0002132226820000039
式”微波加热致裂钻井水平段的最深处，并同步移动信号传输线、检波探头到“
Figure BDA00021322268200000310
式”检波钻井水平段的最深处，重复第四步，直至此处的“
Figure BDA00021322268200000311
式”微波加热致裂钻井水平段附近的厚硬顶板实现致裂；关闭大功率微波发生器；
第六步：移动同轴波导、微波发射器以及耐高温导线、温度传感器在“
Figure BDA00021322268200000312
式”微波加热致裂钻井水平段的位置，并同步移动信号传输线、检波探头在“
Figure BDA00021322268200000313
式”检波钻井水平段的位置，重复第四步，直至微波加热致裂钻井水平段附近的全部厚硬顶板实现致裂；关闭大功率微波发生器；
第七步：回收同轴波导、微波发射器，耐高温导线、温度传感器、信号传输线、检波探头，然后打开微波发生器冷却控制阀，储水罐的水经过高压泵、冷却器、大功率微波发生器回到储水罐，对大功率微波发生器进行冷却降温后，关闭微波发生器冷却控制阀，最后封堵“
Figure BDA00021322268200000314
式”微波加热致裂钻井；
第八步：将“
Figure BDA00021322268200000315
式”检波钻井作为下一个“
Figure BDA00021322268200000316
式”微波加热致裂钻井，相邻的未预裂“
Figure BDA00021322268200000317
式”钻井作为下一个“
Figure BDA00021322268200000318
式”检波钻井，重复第三步至第七步，直至第二步钻取的所有“
Figure BDA00021322268200000319
式”钻井附近的厚硬顶板和残采区遗留煤柱全部致裂完成。
上述方法第二步中，“
Figure BDA00021322268200000320
式”钻井的间距d为6～10米；“
Figure BDA00021322268200000321
式”钻井的直径为do为155mm～335mm。
上述方法第二步中，“
Figure BDA00021322268200000322
式”钻井的垂直段与地面的夹角a范围在75°～90°。
上述方法第二步中，“
Figure BDA0002132226820000041
式”钻井水平段位于厚硬顶板与上覆岩层的交汇处。
上述方法第三步中，温度传感器在微波发射器上方0.5～2m。
上述方法第四步中，微波加热功率为45kW～200kW；微波频率为815MHz～1015MHz。
上述方法第四步中，微波加热温度范围在200℃～800℃。
上述方法第六步中，同轴波导、微波发射器以及耐高温导线、温度传感器在微波加热致裂钻井水平段的位置每隔6～10米移动一次。
本发明提供了一种微波加热
Figure BDA0002132226820000042
式消减厚硬顶板及遗留煤柱复合强矿压的装置，用于实施上述方法，包括：大功率微波发生器，微波功率控制器，圆形波导，波导转换器，同轴波导，微波发射器，温度监测器，耐高温导线，温度传感器，数据采集仪，信号放大器，信号传输线，检波探头，储水罐，高压泵，冷却器，微波发生器冷却控制阀；
大功率微波发生器通过圆形波导、波导转换器、同轴波导与微波发射器连接；大功率微波发生器将微波能量通过圆形波导、波导转换器、同轴波导输送到微波发射器，通过微波发射器对煤/岩体进行致裂；
温度监测器通过耐高温导线与温度传感器连接；温度传感器对附近煤/岩体的温度进行监测，并通过耐高温导线将温度数据传输到温度监测器；
数据采集仪、信号放大器、检波探头通过信号传输线相连接；检波探头接收穿过煤/岩体的微波信号，并通过信号传输线将波形数据传输到信号放大器，信号放大器将波形数据进行放大处理后，最终传输到数据采集仪，数据采集仪将得到的波形数据进行分析，判断煤/岩体的致裂效果；
微波功率控制器通过导线分别与大功率微波发生器、温度监测器、数据采集仪连接；微波功率控制器通过导线接收温度监测器和数据采集仪所得到的温度数据及波形数据，进而对大功率微波发生器进行调整；
储水罐、高压泵、冷却器、大功率微波发生器通过水管连接形成完整回路，微波发生器冷却控制阀控制开关；高压泵将储水罐的水通过水管再经冷却器冷却后，输送到大功率微波发生器，对大功率微波发生器进行降温，避免大功率微波发生器过热而无法使用。
本发明的有益效果：
本发明充分利用微波加热的高效率、能量密度大、不需介质传热、穿透性强等特性，在地面钻取“
Figure BDA0002132226820000043
式”钻井，一井双用，对上覆煤层厚硬顶板及残采区遗留煤柱进行预裂，不受空间限制，不影响下煤层采煤工作，操作方便、方法简单、无尘、无噪。而且微波加热地面“
Figure BDA0002132226820000044
式”消减厚硬顶板及残采区遗留煤柱复合强矿压的方法效率高、易控制、效果好、灵活性强，降低了厚硬顶板及遗留煤柱的完整性，达到消减厚硬顶板及残采区遗留煤柱复合强矿压的目的，与现有消减厚硬顶板及残采区遗留煤柱复合强矿压的方法相比是一种“粗放式”向“精细式”的转变，实现了煤矿绿色开采，安全生产。
附图说明
图1为微波加热地面“
Figure BDA0002132226820000051
式”消减厚硬顶板及残采区遗留煤柱复合强矿压的装置示意图；
图2为微波加热地面“
Figure BDA0002132226820000052
式”消减厚硬顶板及残采区遗留煤柱复合强矿压的“
Figure BDA0002132226820000053
式”微波加热致裂钻井工作状态切面示意图；
图3为微波加热地面“
Figure BDA0002132226820000054
式”消减厚硬顶板及残采区遗留煤柱复合强矿压的“
Figure BDA0002132226820000055
式”检波钻井工作状态切面示意图；
图4微波加热地面“
Figure BDA0002132226820000056
式”消减厚硬顶板及残采区遗留煤柱复合强矿压的“
Figure BDA0002132226820000057
式”钻井布置立体示意图。
图中：1—大功率微波发生器；2—微波功率控制器；3—圆形波导；4—波导转换器；5—同轴波导；6—微波发射器；7—温度监测器；8—耐高温导线；9—温度传感器；10—数据采集仪；11—信号放大器；12—信号传输线；13—检波探头；14—储水罐；15—高压泵；16—冷却器；17—水管；18—导线；19—导向轮；20—“
Figure BDA0002132226820000058
式”微波加热致裂钻井；201—“
Figure BDA0002132226820000059
式”微波加热致裂钻井垂直段；202—“
Figure BDA00021322268200000510
式”微波加热致裂钻井水平段；21—“
Figure BDA00021322268200000511
式”检波钻井；211—“
Figure BDA00021322268200000512
式”检波钻井垂直段；212—“
Figure BDA00021322268200000513
式”检波钻井水平段；22—上覆煤层；23—残采区遗留煤柱；24—上覆煤层厚硬顶板；25—地面；26—“
Figure BDA00021322268200000514
式”钻井；26a—“
Figure BDA00021322268200000515
式”钻井垂直段；26b—“
Figure BDA00021322268200000516
式”钻井水平段；d—钻井间距；do—钻井直径；L—上覆煤层工作面长度；T1—微波发生器冷却控制阀。
具体实施方式
下面通过实施例来进一步说明本发明，但不局限于以下实施例。
实施例1：
如图1所示，一种微波加热
Figure BDA00021322268200000517
式消减厚硬顶板及遗留煤柱复合强矿压的装置，包括：大功率微波发生器，微波功率控制器，圆形波导，波导转换器，同轴波导，微波发射器，温度监测器，耐高温导线，温度传感器，数据采集仪，信号放大器，信号传输线，检波探头，储水罐，高压泵，冷却器，微波发生器冷却控制阀；
大功率微波发生器1通过圆形波导3、波导转换器4、同轴波导5与微波发射器6连接；大功率微波发生器1将微波能量通过圆形波导3，波导转换器4，同轴波导5输送到微波发射器6，微波发射器6负责对煤/岩体进行致裂。
温度监测器7通过耐高温导线8与温度传感器9连接；温度传感器9负责对附近煤/岩体的温度进行监测，并通过耐高温导线8将温度数据传输到温度监测器7。
通过信号传输线12将数据采集仪10、信号放大器11、检波探头13相连接；检波探头13负责接收穿过煤/岩体的微波信号，并通过信号传输线12将波形数据传输到信号放大器11，信号放大器11将波形数据进行放大处理后，最终传输到数据采集仪10，数据采集仪10将得到的波形数据进行分析，判断煤/岩体的致裂效果。
微波功率控制器2通过导线18分别与大功率微波发生器1、温度监测器7、数据采集仪10连接；微波功率控制器2通过导线18接收温度监测器7和数据采集仪10所得到的温度数据及波形数据，进而对大功率微波发生器1进行调整。
通过水管17将储水罐14、高压泵15、冷却器16、大功率微波发生器1连接形成完整回路，微波发生器冷却控制阀T1控制开关；高压泵将储水罐的水通过水管再经冷却器冷却后，输送到大功率微波发生器，对大功率微波发生器进行降温，避免大功率微波发生器过热，而无法使用。
如图2～4所示，上覆煤层22开采时，会受到下伏残采区遗留煤柱23及上覆煤层厚硬顶板24复合强矿压的影响，下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
一种微波加热地面“
Figure BDA0002132226820000061
式”消减厚硬顶板及残采区遗留煤柱复合强矿压的方法，具体包括以下步骤：
第一步：微波功率控制器2通过导线18分别与大功率微波发生器1，温度监测器7，数据采集仪连接10；大功率微波发生器1通过圆形波导3—波导转换器4—同轴波导5与微波发射器6连接；温度监测器7通过耐高温导线8与温度传感器9连接；通过信号传输线12将数据采集仪10—信号放大器11—检波探头13相连接；通过水管17将储水罐14—高压泵15—冷却器16—大功率微波发生器1连接形成完整回路，微波发生器冷却控制阀控制开关；并与地面供电***相连接；
第二步：确定地面25与上覆煤层厚硬顶板24，下伏残采区遗留煤柱23的位置及距离关系，在残采区遗留煤柱23正上方的地面25钻取“
Figure BDA0002132226820000062
式”钻井26，“
Figure BDA0002132226820000063
式”钻井26个数为L/d个(L为下伏煤层工作面长度，d为钻井间距)，“
Figure BDA0002132226820000064
式”钻井26的间距d为8米；“
Figure BDA0002132226820000065
式”钻井26的直径为do为285mm，“
Figure BDA0002132226820000066
式”钻井26分为“
Figure BDA0002132226820000067
式”钻井垂直段26a和“
Figure BDA0002132226820000068
式”钻井水平段26b两部分，“
Figure BDA0002132226820000069
式”钻井垂直段26a与地面的夹角a为90°，“
Figure BDA00021322268200000610
式”钻井垂直段26a穿过上覆煤层厚硬顶板24及上覆煤层22到达下伏残采区遗留煤柱23内，“
Figure BDA00021322268200000611
式”钻井水平段26b位于上覆煤层厚硬顶板24与上覆岩层的交汇处，与上覆煤层22工作面推进方向平行，并且在“
Figure BDA00021322268200000612
式”钻井垂直段26a和“
Figure BDA00021322268200000613
式”钻井水平段26b的交汇处安装有导向轮19，第一个“
Figure BDA00021322268200000614
式”钻井26称为“
Figure BDA00021322268200000615
式”微波加热致裂钻井20，第二个“
Figure BDA00021322268200000616
式”钻井26称为“
Figure BDA00021322268200000617
式”检波钻井21；
第三步：将同轴波导5、微波发射器6，布置在第二步钻取的“
Figure BDA0002132226820000071
式”微波加热致裂钻井垂直段201最深处的残采区遗留煤柱23内，耐高温导线8、温度传感器9穿过“
Figure BDA0002132226820000072
式”微波加热致裂钻井垂直段201布置在微波发射器6上方1米，同时将信号传输线12、检波探头13布置在第二步钻取的“
Figure BDA0002132226820000073
式”检波钻井垂直段211的最深处；
第四步：启动大功率微波发生器1，微波能量通过圆形波导3—波导转换器4—同轴波导5输送至微波发射器6，最终通过微波发射器6辐射出的微波(频率为915MHz)作用在残采区遗留煤柱23；同时通过温度监测器7查看温度传感器9对“
Figure BDA0002132226820000074
式”微波加热致裂钻井垂直段201附近遗留煤柱的监测，检波探头13接收到微波发射器6发出的信号，通过信号放大器11—信号传输线12传到数据采集仪10，并分析接收到的反射波形延迟时间频谱情况，对此处的“
Figure BDA0002132226820000075
式”微波加热致裂钻井垂直段201附近遗留煤柱的致裂效果进行分析，操作微波功率控制器2从而调整915MHz(±100MHz)及加热功率(80kW～150kW)，微波加热温度(400℃～700℃)，直至“
Figure BDA0002132226820000076
式”微波加热致裂钻井垂直段201的残采区遗留煤柱23实现致裂；
第五步：关闭大功率微波发生器1，将同轴波导5、微波发射器6以及耐高温导线8、温度传感器9从“
Figure BDA0002132226820000077
式”微波加热致裂钻井垂直段201经导向轮19布置在“
Figure BDA0002132226820000078
式”微波加热致裂钻井水平段202的最深处，并同步移动信号传输线12、检波探头13到“
Figure BDA0002132226820000079
式”检波钻井水平段202的最深处，重复第四步，直至此处的“
Figure BDA00021322268200000710
式”微波加热致裂钻井水平段202附近的厚硬顶板实现致裂；
第六步：关闭大功率微波发生器1，将同轴波导5、微波发射器6以及耐高温导线8、温度传感器9在“
Figure BDA00021322268200000711
式”微波加热致裂钻井水平段202向后移动6米，并同步移动信号传输线12、检波探头13在“
Figure BDA00021322268200000712
式”检波钻井水平段212的位置，重复第四步，直至微波加热致裂钻井水平段附近的全部厚硬顶板实现致裂；
第七步：关闭大功率微波发生器1，回收同轴波导5、微波发射器6，耐高温导线8、温度传感器9，信号传输线12、检波探头13，然后打开微波发生器冷却控制阀，储水罐14的水经过高压泵15—冷却器16—大功率微波发生器1回到储水罐14，对大功率微波发生器1进行冷却降温后，关闭微波发生器冷却控制阀，最后封堵“
Figure BDA00021322268200000713
式”微波加热致裂钻井20；
第八步：将“
Figure BDA00021322268200000714
式”检波钻井21作为下一个“
Figure BDA00021322268200000715
式”微波加热致裂钻井20，相邻的未预裂“
Figure BDA00021322268200000716
式”钻井作为下一个“
Figure BDA00021322268200000717
式”检波钻井21，重复第三步至第七步，直至第二步钻取的所有“
Figure BDA00021322268200000718
式”钻井26附近的厚硬顶板24和残采区遗留煤柱23全部致裂完成；
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的技术实质和原理之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种微波加热消减厚硬顶板及遗留煤柱复合强矿压的方法，其特征在于：用于：开采煤层经过下伏残采区遗留煤柱群及层间厚硬顶板且煤柱错综复杂的情况，包括以下步骤：
第一步：微波功率控制器通过导线分别与大功率微波发生器、温度监测器、数据采集仪连接；大功率微波发生器通过圆形波导、波导转换器、同轴波导与微波发射器连接；温度监测器通过耐高温导线与温度传感器连接；通过信号传输线将数据采集仪、信号放大器、检波探头相连接；通过水管将储水罐、高压泵、冷却器、大功率微波发生器连接形成完整回路，微波发生器冷却控制阀控制开关；整个微波加热消减厚硬顶板及遗留煤柱复合强矿压的装置与地面供电***相连接；
第二步：确定地面与上覆煤层厚硬顶板，下伏残采区遗留煤柱的位置及距离关系，在残采区遗留煤柱正上方的地面钻取“
Figure FDA0002590078320000011
式”钻井，“
Figure FDA0002590078320000012
式”钻井个数为L/d个，L为上覆煤层工作面长度，d为钻井间距；“
Figure FDA0002590078320000013
式”钻井分为“
Figure FDA0002590078320000014
式”钻井垂直段和“
Figure FDA0002590078320000015
式”钻井水平段两部分，“
Figure FDA0002590078320000016
式”钻井垂直段穿过上覆煤层厚硬顶板及上覆煤层到达下伏残采区遗留煤柱内，“
Figure FDA0002590078320000017
式”钻井水平段在上覆煤层厚硬顶板内与工作面推进方向平行，并且在垂直段和水平段的交汇处安装有导向轮，第一个“
Figure FDA0002590078320000018
式”钻井称为“
Figure FDA0002590078320000019
式”微波加热致裂钻井，第二个“
Figure FDA00025900783200000110
式”钻井称为“
Figure FDA00025900783200000111
式”检波钻井；
第三步：将同轴波导、微波发射器布置在第二步钻取的“
Figure FDA00025900783200000112
式”微波加热致裂钻井垂直段最深处的残采区遗留煤柱内，耐高温导线、温度传感器穿过“
Figure FDA00025900783200000113
式”微波加热致裂钻井垂直段布置在微波发射器上方，同时将信号传输线、检波探头布置在第二步钻取的“
Figure FDA00025900783200000114
式”检波钻井垂直段的最深处；
第四步：启动大功率微波发生器，微波能量通过圆形波导、波导转换器、同轴波导输送至微波发射器，最终通过微波发射器辐射出的微波作用在残采区遗留煤柱；同时通过温度监测器查看温度传感器对“
Figure FDA00025900783200000115
式”微波加热致裂钻井垂直段附近残采区遗留煤柱的监测，检波探头接收到微波发射器发出的信号，通过信号放大器和信号传输线传到数据采集仪，并分析接收到的反射波形延迟时间频谱情况，对此处的“
Figure FDA00025900783200000116
式”微波加热致裂钻井垂直段附近残采区遗留煤柱的致裂效果进行分析，操作微波功率控制器从而调整微波频率及加热功率，微波加热温度，直至“
Figure FDA00025900783200000117
式”微波加热致裂钻井垂直段内的残采区遗留煤柱实现致裂；关闭大功率微波发生器；
第五步：将同轴波导、微波发射器以及耐高温导线、温度传感器从“
Figure FDA00025900783200000118
式”微波加热致裂钻井垂直段经导向轮布置在“
Figure FDA00025900783200000119
式”微波加热致裂钻井水平段的最深处，并同步移动信号传输线、检波探头到“
Figure FDA00025900783200000120
式”检波钻井水平段的最深处，重复第四步，直至此处的“
Figure FDA00025900783200000121
式”微波加热致裂钻井水平段附近的厚硬顶板实现致裂；关闭大功率微波发生器；
第六步：移动同轴波导、微波发射器以及耐高温导线、温度传感器在“
Figure FDA0002590078320000021
式”微波加热致裂钻井水平段的位置，并同步移动信号传输线、检波探头在“
Figure FDA0002590078320000022
式”检波钻井水平段的位置，重复第四步，直至微波加热致裂钻井水平段附近的全部厚硬顶板实现致裂；关闭大功率微波发生器；
第七步：回收同轴波导、微波发射器，耐高温导线、温度传感器、信号传输线、检波探头，然后打开微波发生器冷却控制阀，储水罐的水经过高压泵、冷却器、大功率微波发生器回到储水罐，对大功率微波发生器进行冷却降温后，关闭微波发生器冷却控制阀，最后封堵“
Figure FDA0002590078320000023
式”微波加热致裂钻井；
第八步：将“
Figure FDA0002590078320000024
式”检波钻井作为下一个“
Figure FDA0002590078320000025
式”微波加热致裂钻井，相邻的未预裂“
Figure FDA0002590078320000026
式”钻井作为下一个“
Figure FDA0002590078320000027
式”检波钻井，重复第三步至第七步，直至第二步钻取的所有“
Figure FDA0002590078320000028
式”钻井附近的厚硬顶板和残采区遗留煤柱全部致裂完成。
2.根据权利要求1所述的微波加热消减厚硬顶板及遗留煤柱复合强矿压的方法，其特征在于：第二步中，“
Figure FDA0002590078320000029
式”钻井的间距d为6～10米；“
Figure FDA00025900783200000210
式”钻井的直径为do为155mm～335mm。
3.根据权利要求1所述的微波加热消减厚硬顶板及遗留煤柱复合强矿压的方法，其特征在于：第二步中，“
Figure FDA00025900783200000211
式”钻井的垂直段与地面的夹角a范围在75°～90°。
4.根据权利要求1所述的微波加热消减厚硬顶板及遗留煤柱复合强矿压的方法，其特征在于：第二步中，“
Figure FDA00025900783200000212
式”钻井水平段位于厚硬顶板与上覆岩层的交汇处。
5.根据权利要求1所述的微波加热消减厚硬顶板及遗留煤柱复合强矿压的方法，其特征在于：第三步中，温度传感器在微波发射器上方0.5～2m。
6.根据权利要求1所述的微波加热消减厚硬顶板及遗留煤柱复合强矿压的方法，其特征在于：第四步中，微波加热功率为45kW～200kW；微波频率为815MHz～1015MHz。
7.根据权利要求1所述的微波加热消减厚硬顶板及遗留煤柱复合强矿压的方法，其特征在于：第四步中，微波加热温度范围在200℃～800℃。
8.根据权利要求1所述的微波加热消减厚硬顶板及遗留煤柱复合强矿压的方法，其特征在于：第六步中，同轴波导、微波发射器以及耐高温导线、温度传感器在微波加热致裂钻井水平段的位置每隔6～10米移动一次。
9.一种微波加热消减厚硬顶板及遗留煤柱复合强矿压的装置，用于实施权利要求1～8任一项所述的微波加热
Figure FDA00025900783200000213
式消减厚硬顶板及遗留煤柱复合强矿压的方法，其特征在于：包括：大功率微波发生器，微波功率控制器，圆形波导，波导转换器，同轴波导，微波发射器，温度监测器，耐高温导线，温度传感器，数据采集仪，信号放大器，信号传输线，检波探头，储水罐，高压泵，冷却器，微波发生器冷却控制阀；
大功率微波发生器通过圆形波导、波导转换器、同轴波导与微波发射器连接；大功率微波发生器将微波能量通过圆形波导、波导转换器、同轴波导输送到微波发射器，通过微波发射器对煤/岩体进行致裂；
温度监测器通过耐高温导线与温度传感器连接；温度传感器对附近煤/岩体的温度进行监测，并通过耐高温导线将温度数据传输到温度监测器；
数据采集仪、信号放大器、检波探头通过信号传输线相连接；检波探头接收穿过煤/岩体的微波信号，并通过信号传输线将波形数据传输到信号放大器，信号放大器将波形数据进行放大处理后，最终传输到数据采集仪，数据采集仪将得到的波形数据进行分析，判断煤/岩体的致裂效果；
微波功率控制器通过导线分别与大功率微波发生器、温度监测器、数据采集仪连接；微波功率控制器通过导线接收温度监测器和数据采集仪所得到的温度数据及波形数据，进而对大功率微波发生器进行调整；
储水罐、高压泵、冷却器、大功率微波发生器通过水管连接形成完整回路，微波发生器冷却控制阀控制开关；高压泵将储水罐的水通过水管再经冷却器冷却后，输送到大功率微波发生器，对大功率微波发生器进行降温，避免大功率微波发生器过热而无法使用。
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