技术领域本发明涉及矿山设备技术领域，特别是涉及一种电磁热辐射煤层增透钻杆装置及其使用方法。
背景技术：
煤炭是我国的基础能源，占一次能源构成的70％左右。低渗透是我国煤储层的基本特点，也是阻碍我国煤层瓦斯抽采的难点之一。我国煤层渗透率一般在(0.1～0.001)×10-3μm2范围，即使国内渗透率最大的抚顺煤田也仅为(0.54～3.8)×10-3μm2。煤层透气性直接决定着瓦斯抽采效果，随着我国煤矿开采深度的逐步加大，开采条件日趋复杂，出现了高地应力、高瓦斯、高非均质性、低渗透性的煤体特征，煤体的原生裂隙和孔隙度逐渐变小，煤层的透气性随之降低，单个钻孔有效影响范围小，预抽钻孔工程量大，抽采效率低。为提高低渗透煤储层渗透率及增强低渗透煤层瓦斯解吸-扩散-渗流速度，国内外众多研究学者提出了多种低渗透煤层增透、促抽的方法和技术途径，其中主要包括开采保护层、水力压裂、水力割缝、深孔预裂爆破、N2泡沫压裂、CO2压裂等，在有的地区取得了一些效果，但受施工条件、工程材料、解吸速度等因素的影响，增透、促抽效果并不十分理想。因此，有必要设计一种更好的提高煤层渗透率及抽采效果的装置，以解决上述问题。
技术实现要素：
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种增加煤层渗透率，提高煤层解吸瓦斯的能力，促进瓦斯抽采的电磁热辐射煤层增透钻杆装置及其使用方法。为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种电磁热辐射煤层增透钻杆装置，包括中空的钻杆及设于所述钻杆上的至少一电磁波发生装置，所述钻杆靠近所述电磁波发生装置处设有筛孔，所述钻杆内设有水流入通道和水流出通道，所述电磁波发生装置包括外壳，所述外壳内中心设有阴极灯丝，所述阴极灯丝外围环绕设有阳极谐振腔，所述阳极谐振腔的上下两端分别设有电磁铁，所述阳极谐振腔的外周中部环绕设有波导管，所述波导管的上下两侧为冷却腔，所述冷却腔的底部连接于所述水流入通道和所述水流出通道，所述阳极谐振腔外围沿径向开设有发射孔，所述发射孔的一端连接于所述阳极谐振腔，另一端穿过所述波导管及所述外壳与外界连通，所述发射孔内设有发射天线。进一步，所述钻杆的一端设有钻头，所述钻头内设有螺纹，所述电磁波发生装置通过所述螺纹螺接于所述钻头上。进一步，所述电磁波发生装置设有多个，分别设于所述钻杆的多个位置。进一步，所述电磁铁包括多个铁芯环绕设置，所述铁芯外周绕有螺线圈。进一步，所述发射孔与外界连接处由填充介质填充，所述填充介质能被所述天线发出的电磁波穿过。进一步，所述电磁波发生装置的底部设有温度传感器，所述温度传感器连接于电缆总线，所述电缆总线连接于所述阳极谐振腔、所述阴极灯丝、所述电磁铁以及所述钻杆末端的控制系统。进一步，所述阳极谐振腔为扇形空间，所述扇形空间由两个圆形铜片围成圆筒，且由多个铜片均匀分隔所述圆筒形成。进一步，所述冷却腔于所述波导管的上方连通，于所述波导管的下方分隔形成第一冷却腔和第二冷却腔，所述第一冷却腔的下端连接于所述水流入通道，所述第二冷却腔的下端连接于所述水流出通道。一种基于上述电磁热辐射煤层增透钻杆装置的使用方法，包括：步骤一：在待煤层增透和瓦斯抽采的煤层巷道中，将所述钻杆及所述电磁波发生装置钻进煤层第一钻孔的目标位置；步骤二：封住所述第一钻孔内所述钻杆周围的空隙；步骤三：连接好控制系统与瓦斯抽采系统，通过所述控制系统控制所述电磁波发生装置发射电磁波，利用电磁波将所述煤层加热至一定温度，同时通过所述钻杆及所述筛孔进行瓦斯抽采。进一步，步骤二与步骤三之间，在所述第一钻孔的周围开设多个第二钻孔用于普通瓦斯抽采。本发明的有益效果：在钻杆上设置电磁波发生装置，通过电磁波发生装置发射电磁波，使煤体温度升高，整个升温过程在煤体内部，升温速度比热传递和热对流快，穿透能力强，控制方便；在煤体温度升高过程中，会使煤体失水收缩、煤体颗粒内部和颗粒间开裂，同时高频电磁场对极性分子的激励频率与煤体内分子固有频率接近的时，会产生共振，煤体将产生微裂缝，从而增加煤层的渗透率；且煤体温度升高有利于煤体内吸附态的瓦斯解吸成自由态，促进瓦斯抽采，实现煤层打钻、煤层增透、瓦斯抽采一体化。附图说明图1为本发明电磁热辐射煤层增透钻杆装置的结构示意图；图2为图1中A-A的剖视图；图3为图1中B-B的剖视图；图4为本发明电磁热辐射煤层增透钻杆装置的煤层钻孔布置示意图；图中，1—钻头、2—外壳、3—阳极谐振腔、4—阴极灯丝、5—铁芯、6—螺线圈、7—填充介质、8—发射孔、9—发射天线、10—波导管、11—冷却腔、12—第一冷却腔、13—第二冷却腔、14—电缆总线、15—温度传感器、16—筛孔、17—钻杆、18—气体流量表、19—控制系统、20—瓦斯抽采系统、21—煤层、22—第一钻孔、23—第二钻孔、24—水流入通道、25—水流出通道。具体实施方式下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。如图1，本发明提供一种电磁热辐射煤层增透钻杆装置，包括中空的钻杆17及设于钻杆17上的至少一电磁波发生装置，钻杆17的一端设有钻头1，另一端连接有设有与钻机和瓦斯抽采系统20连接的部件，瓦斯抽采系统20与钻杆17之间设有气体流量表18。在本实施例中，电磁波发生装置设有一个，位于钻头1的一端，钻头1内设有螺纹，电磁波发生装置通过该螺纹螺接于钻头1上，在其它实施例中，电磁波发生装置可具有多个，分别设于钻杆17的多个位置处，在煤层厚度较厚时，可以在多个不同厚度处设置电磁波发生装置，分段加热。钻杆17靠近电磁波发生装置处设有筛孔16，用于供瓦斯抽采系统20抽采瓦斯，钻杆17内设有水流入通道24和水流出通道25，供降温用水进入和排出电磁波发生装置。如图1至图3，电磁波发生装置包括外壳2，外壳2内中心处设有阴极灯丝4，在本实施例中，阴极灯丝4短且粗，采用钨丝制作。阴极灯丝4外围环绕设有阳极谐振腔3，阳极谐振腔3采用两个同心但直径不同的圆形铜片围成圆筒，圆筒中间用铜片均匀分割成12个扇形空间，每个扇形空间为一个阳极谐振腔3。阳极谐振腔3的上下两端分别设有电磁铁，电磁铁包括多个铁芯5环绕设置，铁芯5外周绕有螺线圈6，在本实施例中，铁芯5与螺线圈6构成的电磁铁共12个，阳极谐振腔3上下两端各6个，每个电磁铁的线圈匝数与绕制方式相同。阳极谐振腔3的外周中部环绕设有波导管10，波导管10的上下两侧为冷却腔11，冷却腔11的底部连接于水流入通道24和水流出通道25，具体的是，冷却腔11于波导管10的上方连通，于波导管10的下方通过铜片分隔形成第一冷却腔12和第二冷却腔13，第一冷却腔12的下端连接于水流入通道24，第二冷却腔13的下端连接于水流出通道25。阳极谐振腔3外围沿径向开设有发射孔8，发射孔8的一端连接于阳极谐振腔3，另一端穿过波导管10及外壳2与外界连通，发射孔8内设有发射天线9，发射孔8与外界连接处由填充介质7填充，可以防止煤屑进入电磁波发生装置，填充介质7必须是不吸收电磁波能量，且能够供电磁波穿透，因此本实施例中填充介质7为耐高温塑料或陶瓷或玻璃。电磁波发生装置的底部设有温度传感器15，温度传感器15连接于电缆总线14，电缆总线14将阳极谐振腔3、阴极灯丝4、电磁铁与钻杆17末端的控制系统19相连，从而通过控制系统19控制电磁波发生装置发射电磁波。本发明在钻杆17上设置电磁波发生装置，通过电磁波发生装置发射电磁波，引起煤体内水分子等极性分子的旋转和迁移，当电磁波频率升高到一定程度后，分子偶极高速旋转，极性分子间相互碰撞、摩擦而生热，使煤体温度升高，整个升温过程在煤体内部，升温速度比热传递和热对流快，穿透能力强，控制方便。在煤体温度升高过程中，会使煤体失水收缩、煤体颗粒内部和颗粒间开裂；另外，高频电磁场对极性分子的激励频率与煤体内分子固有频率接近的时，会产生共振，煤体将产生微裂缝，从而增加煤层的渗透率；同时，煤体温度升高有利于煤体内吸附态的瓦斯解吸成自由态，促进瓦斯抽采，实现煤层打钻、瓦斯抽采、煤层增透、瓦斯促抽一体化。如图1及图4，上述电磁热辐射煤层增透钻杆装置的使用方法包括如下步骤：步骤一：在待煤层增透和瓦斯抽采的煤层21巷道中，利用钻机将钻杆17及电磁波发生装置钻进煤层21的第一钻孔22的目标位置，然后卸下钻机；步骤二：封住第一钻孔22内钻杆17周围的空隙，在本实施例中，将聚氨酯注入在距煤壁约0.8～1.5m位置的钻杆17周围的空隙内，直到完全封住第一钻孔22为止；步骤三：连接好控制系统19与瓦斯抽采系统20，通过控制系统19控制电磁波发生装置发射电磁波，利用电磁波将煤层加热至一定温度，同时通过钻杆17的中空孔及筛孔16进行瓦斯抽采。在本实施例中，电磁波发生装置发射的电磁波频率为2450MHz，将煤层加热至150～200℃，利用瓦斯抽采系统20在钻杆17末端进行瓦斯抽采。进一步的，为了提高瓦斯抽采效率，扩大抽采范围，在煤层21中第一钻孔22的周围开设多个第二钻孔23用于普通瓦斯抽采。由于第一钻孔22内设有电磁波发生装置加热煤层21，会对其周围半径范围内的煤层21都有影响，因此会增加第二钻孔23周围的煤体渗透率，优选的，第二钻孔23中注入适量的半焦、水等吸波介质，及时封孔和连入瓦斯抽采系统20，进行瓦斯抽采，增加了煤层增透和瓦斯促抽效果，扩大了抽采范围，提高抽采效率，且普通抽采也能一定程度上降低成本。第二钻孔23和第一钻孔22交错设置，使得第一钻孔22内的电磁波发生装置可以影响第二钻孔23周围的煤层，促进抽采。本发明利用电磁波发生装置对煤层加热，提高了煤层的渗透率，且煤体温度升高有利于煤体内吸附态的瓦斯解吸成自由态，促进瓦斯抽采，实现煤层打钻、煤层增透、瓦斯抽采一体化。以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围内。