技术摘要：
本发明公开了一种氢键破裂预测煤岩冲击地压装置及其预测方法，包括伸入到煤岩钻孔内的结构体和预测分析模块，该结构体内设有：电压信号采集模块，用于采集不同深度下煤岩钻孔内壁的瞬态电压值；温度采集模块，用于采集不同深度下煤岩钻孔内部的温度变化；信号发射模块  全部
背景技术：
我国煤矿是世界上冲击地压最严重的国家之一，随着煤矿开采工作逐渐向深部发 展，冲击地压发生频次越来越多，对煤矿生产造成严重威胁。目前，利用电磁辐射法预测冲 击地压成为新趋势，煤岩体在受载变形破裂过程中，其内部微结构的破裂行为会破坏裂纹 前缘原子间化学键以及分子间氢键，这些化学键都是由于电的相互作用结合在一起，受到 破坏的键就会导致电荷分离从而产生电磁辐射，监测煤岩破裂过程中产生的电磁信号，根 据电磁信号进一步判断煤岩破碎程度，但是电磁信号受材料、破裂速度以及环境状态存在 较大差异，煤岩破裂过程产生的电磁信号微弱，外部干扰产生噪声会与原有电磁信号叠加， 要处理噪声获得准确电磁信号存在困难，同时氢键破裂将从外界吸收一部分能量，而煤岩 变形破裂过程中氢键的变化规律尚未发现。 因此，有必要设计一种氢键破裂预测煤岩冲击地压装置及其预测方法，以解决上 述问题。
技术实现要素：
基于上述现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题在于提供一种氢键破裂预 测煤岩冲击地压装置及其预测方法，通过采集不同深度下煤岩钻孔破裂时内壁产生的瞬态 电压值，与不同深度下煤岩钻孔内壁的温度变化，将采集的数据实时传递给计算机，计算机 把采集到的数据与实验室模拟破裂实验数据进行比对分析，从而对煤岩冲击地压危险等级 及强度进行预测。 为了解决上述技术问题，本发明通过以下技术方案来实现：本发明提供一种氢键 破裂预测煤岩冲击地压装置，包括伸入到煤岩钻孔内的结构体和预测分析模块，该结构体 内设有：电压信号采集模块，用于采集不同深度下煤岩钻孔内壁的瞬态电压值；温度采集模 块，用于采集不同深度下煤岩钻孔内部的温度变化；信号发射模块，与所述电压信号采集模 块和温度采集模块连接，用于将采集到的信息实时发送到预测分析模块；所述预测分析模 块与所述信号发射模块连接，用于将接收到的信号与煤岩破裂实验采集的数据进行比对分 析，得到煤岩钻孔内不同深度下煤岩破裂程度与应力集中区域，通过煤岩破裂程度及煤岩 破裂位置对煤岩冲击地压危险等级及强度进行有效预测。 由上，从钻孔内采集煤岩样品，在实验室进行煤岩破裂实验，记录不同应力下煤岩 破裂程度及破裂瞬间产生的微弱电压值与温度变化状况，预测装置实时采集钻孔内不同位 置电压状况与温度变化，并将采集数据实时传递给计算机，计算机通过数据分析钻孔内不 同位置电压与温度状况，结合实验室不同位置样品的破裂实验，判断钻孔内不同位置煤岩 破裂状况与应力分布，从而预测煤岩冲击地压危险程度。 4 CN 111551624 A 说　明　书 2/5 页 可选的，所述结构体为多个，并且各结构体相互之间通过螺纹连接；每个结构体包 括前端盖、后端盖、以及位于所述前端盖和后端盖之间的多个结构体中段；所述后端盖与结 构体中段上都带有所述电压信号采集模块和温度采集模块；所述结构体中段内设置有隔热 密闭壳体，所述隔热密闭壳体内设有信号发射模块和用于给各个模块供电的电源模块。 进一步的，所述电压信号采集模块为电压传感器，放置在所述后端盖与结构体中 段上的电压传感器放置槽中，用于采集煤岩破裂产生的微弱电压； 所述温度采集模块为温度传感器，放置在所述后端盖与结构体中段上的温度传感 器放置槽中，并呈环形均匀分布，用于采集煤岩钻孔内壁的温度。 可选的，所述前端盖、后端盖与结构体中段采用导电性与导热性良好的材料制成。 可选的，所述前端盖、后端盖与结构体中段相互之间都放置有绝缘密封垫圈，用于 避免对应破裂区域产生的自由电荷转移到相邻的结构体上。 进一步的，所述前端盖、后端盖与结构体中段靠近其外表面的轴向方向上形成有 螺纹孔，使用长螺栓依次通过前端盖、后端盖与结构体中段的螺纹孔将前端盖、后端盖与结 构体中段连接在一起。 本发明还提供一种上述的氢键破裂预测煤岩冲击地压装置的预测方法，包括以下 步骤： S10：在巷道壁钻孔采集钻孔内不同深度下煤岩样品，将煤岩样品送往实验室进行 煤岩破裂实验并采集数据； S20：将数据整理后传递给计算机，该数据作为预测装置判断煤岩冲击地压的标 准； S30：将结构体放入到预测钻孔内； S40：通过结构体上的电压信号采集模块和温度采集模块采集钻孔不同位置处的 电压和温度数据； S50：将采集到的数据通过信号发射模块传递给计算机； S60：计算机结合破裂实验数据分析钻孔内不同位置煤岩破裂及应力状况； S70：根据煤岩破裂状况及应力分布预测煤岩冲击地压。 在步骤S10中，对煤岩样品逐次增加压力，记录不同压力下样品破裂程度及产生的 瞬态电压与温度变化，根据样品破裂程度划分等级，将不同破裂等级下产生的瞬态电压温 度变化划分区间。 由上，本发明首先在巷道壁钻孔采集钻孔内不同深度下煤岩样品，将煤岩样品送 往实验室进行煤岩破裂实验并采集数据，采集数据包括不同应力下样品破裂程度，以及对 应破裂时产生的瞬态电压值与温度变化，随着煤岩内部应力增加，煤岩会逐渐发生破裂，该 电压随煤岩破裂程度增大而增大，裂纹前缘分子间氢键破裂将从外界吸收能量，导致周围 温度产生瞬态降低，破裂的氢键数量越多，从外界吸收的能量越多，从而温度变化越大，将 数据整理后传递给计算机，该数据作为预测装置判断煤岩冲击地压的标准。 煤岩破裂过程中原子间化学键与分子间氢键遭到破坏，预测装置监测化学键破裂 时产生的瞬态微弱电压，监测分子间氢键破裂时温度的微弱变化，结合实验室煤岩破裂数 据，从而分析预测煤岩冲击地压危险等级。 本发明以煤岩破碎定性研究为基础，进一步将煤岩破碎程度通过微电压与温度微 5 CN 111551624 A 说　明　书 3/5 页 变化进行定量化研究，可以从数据中直观的判断煤岩破碎状况，根据煤岩破碎情况作为煤 岩冲击地压预测标准更加准确与直观，大量电压传感器与温度传感器配合使用，保障测量 数据包含不同深度下煤岩钻孔内壁电压与温度信号，提高测量数据的精确性，使计算机处 理信号时能够准确识别钻孔内不同深度下煤岩破裂程度，结合地层结构保证煤岩冲击地压 的预测更加准确可靠，预测装置能够对煤岩电压与温度变化实时监测，缩短冲击地压预警 时间，保障井下作业安全。 上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段， 而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够 更明显易懂，以下结合优选实施例，并配合附图，详细说明如下。 附图说明 为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介 绍。 图1为本发明的氢键破裂预测煤岩冲击地压装置的结构体展开示意图； 图2为本发明的前端盖的结构示意图； 图3为本发明的隔热密闭壳体的结构示意图； 图4为本发明的后端盖的结构示意图； 图5为本发明的预测分析模块预测分析煤岩冲击地压的程序框图； 图6为本发明的流程图。 其中，10-前端盖，11-内螺纹，20-绝缘密封垫圈，30-隔热密闭壳体，31-隔热端盖， 32-隔热壳体，40-结构体中段，50-后端盖，51-外螺纹，61-电压传感器放置槽，62-温度传感 器放置槽，70-螺纹孔，80-信号发射模块，81-导线，90-电源模块。