1.一种超声波微波协同增效的煤层自动注水装备,其特征在于:包括注水系统、超声波雾化系统、微波辐射系统、压力监测系统和控制单元;
所述注水系统包括水箱、水泵和注水管路,水泵的进水端连接水箱,水泵的出水端连接注水管路;
所述超声波雾化系统包括超声波驱动电源、传输线缆和超声波换能器,所述超声波驱动电源经传输线缆连接超声波换能器;
所述微波辐射系统包括微波发射器、矩形波导、波导转换器、波导管和微波辐射天线,微波发射器经矩形波导连接波导转换器,波导转换器经波导管连接微波辐射天线;
超声波换能器和微波辐射天线设置于支撑管内部;
所述压力监测系统包括压力检测站和压力传感器,所述压力检测站经信号线缆连接压力传感器;
水泵、超声波驱动电源、微波发射器和压力检测站分别经信号线缆连接控制单元。
2.根据权利要求1所述的一种超声波微波协同增效的煤层自动注水装备,其特征在于:所述支撑管包括外花管和防水管,所述外花管的末端封闭,外花管的末端顶部及侧壁开设若干个通孔,所述防水管的末端封闭,防水管设置于外花管的内部,所述超声波换能器和微波辐射天线设置于防水管的内部。
3.根据权利要求2所述的一种超声波微波协同增效的煤层自动注水装备,其特征在于:所述防水管由塑料材料制成。
4.根据权利要求2所述的一种超声波微波协同增效的煤层自动注水装备,其特征在于:所述外花管由非金属材料制成。
5.根据权利要求1所述的一种超声波微波协同增效的煤层自动注水装备,其特征在于:所述注水系统还包括注水操作台,注水操作台设置于注水管路上靠近水泵的一侧。
6.根据权利要求1所述的一种超声波微波协同增效的煤层自动注水装备,其特征在于:所述控制单元设置为计算机。
7.根据权利要求1所述的一种超声波微波协同增效的煤层自动注水装备,其特征在于:所述压力传感器布置于支撑管外壁上。
8.一种超声波微波协同增效的煤层自动注水方法,其特征在于,应用权利要求1至7任一项所述的超声波微波协同增效的煤层自动注水装备;
所述方法包括如下步骤:
步骤一、在巷道向煤层钻探注水钻孔;
步骤二、将注水管路的末端伸入注水钻孔内部,将支撑管的末端及其上的超声波换能器、微波辐射天线和压力传感器一并伸入注水钻孔内部,在支撑管和注水钻孔之间采用封孔材料密封;
步骤三、开启水泵,通过注水管路向注水钻孔内注入压力水,压力传感器实时监测注水钻孔内压力并经压力检测站反馈至控制单元,控制单元实时识别压力检测站的压力数据变化特征;
a、注水钻孔内压力开始上升,则表示压力水注满注水钻孔,开始进入初始阶段;
b、注水钻孔内压力轻微波动,波动范围不超过0.1MPa,则表示进入滤失阶段;
c、注水钻孔内压力持续上升,则表示进入一次饱和阶段,当注水钻孔内压力达到设定压力值P1时,控制单元控制开启超声波驱动电源;
d、接着进入雾化阶段,超声波驱动电源产生高频交流电信号经传输线缆传递至超声波换能器,超声波换能器将高频交流电信号转换为超声波信号向注水钻孔周围发射,在雾化阶段,注水钻孔内压力处于小幅波动,波动范围不超过0.2MPa;
e、注水钻孔内压力持续上升,则表示进入二次饱和阶段,当注水钻孔内压力达到设定压力值P2时,控制单元控制关闭超声波驱动电源,且开启微波发射器;
f、接着进入汽化阶段,微波发射器产生微波能量,微波能量经矩形波导、波导转换器、波导管,由微波辐射天线向注水钻孔周围辐射,在汽化阶段,注水钻孔内压力处于小幅波动,波动范围不超过0.2MPa;
g、注水钻孔内压力持续上升,则表示进入三次饱和阶段,注水钻孔内压力持续上升设定时间T后,控制单元控制关闭微波发射器和水泵,完成注水。