[发明专利]等离子体弱化下伏煤层开采厚硬顶板强矿压的方法和装置

权利要求书

1.一种等离子体弱化下伏煤层开采厚硬顶板强矿压的方法，其特征在于包括以下步骤：

第一步：开采上覆煤层时，在上覆煤层采煤工作面用高压电缆将等离子体脉冲控制器、等离子体发生器、电极稳固装置、液相放电等离子体电极连接；同时用信号传输线将等离子体脉冲控制器、数据采集仪、信号放大器、检波探头连接；再用两用水管将储水罐、高压泵、冷却器、等离子体发生器连接形成完整回路，通过等离子体发生器冷却控制阀控制开关；最后用两用水管将高压泵、压力表、高压水喷头连接，通过高压水喷头控制阀控制开关；并与井下供电系统相连接；

第二步：在上覆煤层采煤工作面底板向下伏煤层厚硬顶板打一排孔，孔间距d为6～18米，钻孔沿上覆煤层采煤工作面推进方向垂直布置，第一个钻孔称为等离子体致裂钻孔，第二个钻孔称为检波钻孔；

第三步：将两用水管、高压水喷头，液相放电等离子体电极、电极稳固装置、高压电缆穿过钻孔封隔器，并布置在第二步钻取的等离子体致裂钻孔的底部，使钻孔封隔器膨胀封孔，同时将信号传输线、检波探头布置在第二步钻取的检波钻孔的底部；

第四步：打开高压水喷头控制阀，储水罐内的水经高压泵、两用水管、高压水喷头射入等离子体致裂钻孔中，通过压力表观察，当水充满等离子体致裂钻孔内部时，关闭高压水喷头控制阀；

第五步：交流电经过等离子体发生器、高压电缆、电极稳固装置、液相放电等离子体电极放电后，电能迅速转换为冲击能，充水的等离子体致裂钻孔中的压力迅速增加，使下伏煤层厚硬顶板的原始裂隙开始扩展并产生新的裂隙；同时检波探头接收到液相放电等离子体电极发出的信号，通过信号放大器、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，对下伏煤层厚硬顶板的裂隙发育情况进行分析，操作等离子体脉冲控制器从而调整放电频率，直至等离子体致裂钻孔周围的厚硬顶板实现致裂；

第六步：关闭等离子体发生器，回收高压电缆、电极稳固装置、液相放电等离子体电极和两用水管、高压喷水头以及检波探头，然后打开等离子体发生器冷却控制阀，储水罐的水通过两用水管经高压泵、冷却器、等离子体发生器回到储水罐，对等离子体发生器进行冷却降温后，关闭等离子体发生器冷却控制阀，最后封堵等离子体致裂钻孔；

第七步：将检波钻孔作为下一个等离子体致裂钻孔，相邻的未致裂钻孔作为新的检波钻孔，重复第三步至第六步，直至第二步钻取的钻孔周围的厚硬顶板全部致裂完成，实现弱化下伏煤层开采厚硬顶板强矿压的目的；

第八步：当上覆煤层采煤工作面继续推进时，重复第二步至第七步，直至上覆煤层开采结束。

2.根据权利要求1所述的等离子体弱化下伏煤层开采厚硬顶板强矿压的方法，其特征在于：第二步中，钻孔直径d_o为120mm～280mm，钻孔与上覆煤层采煤工作面底板的夹角a范围在75º～90º。

3.根据权利要求1所述的等离子体弱化下伏煤层开采厚硬顶板强矿压的方法，其特征在于：第二步中，向下伏煤层厚硬顶板打钻孔深度h在40m～150m。

4.根据权利要求1所述的等离子体弱化下伏煤层开采厚硬顶板强矿压的方法，其特征在于：第三步中，钻孔封隔器工作压力为20MPa～40MPa，钻孔封隔器距钻孔底部为1m～3m。

5.根据权利要求4所述的等离子体弱化下伏煤层开采厚硬顶板强矿压的方法，其特征在于：所述钻孔封隔器选用自封式、压缩式或组合式钻孔封隔器。

6.根据权利要求1所述的等离子体弱化下伏煤层开采厚硬顶板强矿压的方法，其特征在于：第四步中，储水罐内的水为过滤后的矿井水。

7.根据权利要求1所述的等离子体弱化下伏煤层开采厚硬顶板强矿压的方法，其特征在于：第四步中，充水的等离子体致裂钻孔中加入电解质溶液，所述电解质溶液包括NaOH溶液。

8.根据权利要求1所述的等离子体弱化下伏煤层开采厚硬顶板强矿压的方法，其特征在于：第五步中，液相放电等离子体电极放电电压为100kV～220kV，放电频率为100Hz～600Hz。