(3)采动应力分布、能量场的时空演化规律与多 因素耦合致灾机理。

　　开采前煤岩体处于深部三维应力平衡状态下，开 采活动打破了原有的应力平衡,导致采场三维空间中 的宏观应力场与能量场的重新分布，这种应力场与能 量场的动态演化与发展必然为动力灾害的孕育、发生 和发展创造条件。因此通过研究采动应力分布和能 量场的时空演化规律与多因素耦合致灾机理，可以揭 示深部裂隙煤岩体在开采过程中的能量积聚与释放 机制、能量场的时空演化规律以及动力灾变的能量触 发条件，提出基于能量突变的深部煤岩体动力失稳的 模型与判别准则和能量分析体系。

　　(4)冲击地压的多参量监测预警与防治的理论 与方法。

　　在冲击地压动力灾害孕育发展过程中，煤岩体中 应力状态将发生变化并同时伴随能量的释放，其中， 微震、声发射、电磁辐射就是这种释放过程的物理效 应之_。研究煤岩体在变形破坏过程中的应力、微 震、声发射、电磁辐射等前兆信息规律，通过监测、分 析井巷和采场附近煤岩体的应力变化及微震、声发射 和电磁辐射活动等前兆信息的多参量动态变化趋势, 就可以建立冲击地压监测预警系统进行预警预报和有 效防治。同时从冲击地压等动力灾害发生的条件入 手,探讨开拓开采巷道布置方式、开采顺序、保护层开 采等方法控制应力分布的机理;研究新矿井在开采设 计阶段或已生产矿井对未开采区域进行合理开采设计 与保护层开采对防止冲击地压等动力灾害发生的机 理,提出煤矿深部开采的优化开采设计理论与方法。

　　3冲击地压发生机理与防治技术研究现状及 存在问题

　　3.1煤矿发生冲击地压的地质构造条件及相互作用 机制

　　深部煤矿冲击地压的形成与矿井深部区域地质 特征、构造形成演化过程及区域应力环境等因素有着 密切的关系，深部煤层所经历地质演化控制着煤层的 产状、展布和厚度，影响着地质构造的赋存、构造应力 场或残余应力场的分布。地质的动力运动产生了多种 地质构造,而这些构造的特征直接决定着矿井地质灾 害的发生条件，也是诱发煤矿冲击地压的主要因素。 研究表明煤岩的冲击倾向性、断层和褶曲赋存状况、上 覆岩层赋存条件是诱发冲击地压的主要地质条件。

　　煤层冲击倾向性指标最早由波兰学者提出，我国 目前用弹性能指数、冲击能指数、动态破坏时间和单 轴抗压强度4个指标作为煤层的冲击倾向性指标。 通过对近10年我国发生冲击地压的矿井进行统计发 现,其中强冲击倾向性占29%,中等冲击倾向性占 8%,弱冲击倾向性占38%,未做冲击倾向性鉴定占 25%,说明大部分发生冲击地压矿井的煤层都具有冲 击倾向性。但在_些没有冲击倾向性的矿井也发生 了冲击地压,如徐州权台矿、平顶山十矿和北京大安 山矿均为软弱无冲击倾向煤层。考虑到实验室内进 行的煤岩冲击倾向性测定只是针对煤岩样进行的单 轴实验，未能体现煤岩体大尺度结构面和地应力的影 响，建议将煤岩的冲击倾向性与煤岩结构、地质异常 条件、煤岩受力状态和采动影响等因素联系起来对煤 层冲击危险性进行综合评价。

　　诱发冲击地压发生的另_个主要地质因素为断 层和褶曲等地质构造，国内外学者研究了煤矿冲击地 压的发生与向斜轴部、特别是构造变化区、断层附近、 煤层倾角变化带、煤层褶皱、构造应力带等区域的关 系&6_18。我国学者一个重要的研究进展就是发现了 不同断层类型与冲击地压发生的关联性E9],地质构 造控制的冲击地压分为增压和减压2种类型,工作面 过逆断层时为增压型，如义马、鲍店等矿区的向斜冲 构造,容易引发强烈的冲击地压；工作面过正断层时 为减压型，不会发生冲击地压。义马煤田位于东北边 界的岸上断层、西北边界的扣门山一坡头断层及南部 边界的F16逆冲断层所组成的三角形断块范围内，位 于这一范围内的跃进煤矿和千秋煤矿都是冲击地压 的重灾区。2011 -11 -03,义煤集团千秋煤矿21221 掘进工作面下巷发生能量0.35 GJ、震级4.1级的冲 击地压事故，造成10人死亡,60余人受伤。

　　确定断层和褶曲等地质构造类型非常重要。目 前对诱发深部煤矿冲击地压的地质条件的精细探测 主要集中在煤层赋存形态和小断层的精确描述。国 内外在对地质构造的探测技术主要有探地雷达技术、 TSP超前地质预报技术、三维地震勘探技术等。而对 于探测数据的成像方法研究动向则是从各向同性叠 前时间成像向各向异性叠前深度成像发展120-22。

　　上覆岩层状况（包括坚硬顶板、巨厚覆岩）也是 影响冲击地压是否发生的重要因素，在受到采动影响 的条件下，由于坚硬顶板不能及时垮落，大面积悬顶 而导致应力和能量集聚,从而形成动载诱发冲击地压 或矿震，如新汶、大同和兖州等矿区。

　　今后应针对我国深部煤炭资源开采的实际情况， 研究深部煤层地质构造特征，探索煤层、顶底岩层空 间结构、宏观力学性质与动力突出之间的关系，从本 质上把握煤、岩石的宏观力学特性及其冲击倾向性的 内在属性;研究煤层断层褶曲构造特征与构造应力分 布规律，建立地球物理信号精细探测响应特征和反演 解释理论和综合探测方法;研究煤岩石矿物成分和细 观结构与冲击倾向性的耦合关系和模型描述，构建 煤、岩石组分和细观结构冲击倾向性的判别准则。

　　3.2煤矿冲击地压的发生机理

　　如前所述，我国是世界上采煤量最多的国家，也 是冲击地压发生最多的国家，因此学术界对煤矿冲击 地压发生的机理非常活跃，将冲击地压过程作为动力 稳定性问题进行分析，基于弹性、塑性理论和稳定性 理论，对冲击地压的机理进行了深入的研究，先后提 出了刚度理论、强度理论、能量理论、冲击倾向理论、 变形系统失稳理论、剪切滑移理论、三准则理论、"三 因素"理论、强度弱化减冲理论、复合型厚煤层"震 冲"机理、岩体动力失稳的折迭突变机理、冲击启动 理论、煤岩组合冲击机理、冲击地压和突出的统一失 稳理论等123-25。文献资料表明，我国是提出冲击地 压机理和理论最多的国家。

　　冲击机理研究大致可分为3类:第1类是从研究 煤岩材料的物理力学性质出发,分析煤岩体失稳破坏 特点以及诱使其失稳的固有因素，同时利用混沌、分 叉等非线性理论来研究冲击失稳过程;第2类是从研 究突出区域所处的地质构造以及变形局部化出发，分 析地质弱面和煤岩体几何结构和冲击地压之间的相 互关系;第3类是研究工程扰动（如放炮所产生的震 动波等）和采动影响与冲击地压之间的关系。

　　应当指出，尽管目前关于冲击地压发生机理的观 点或学说较多，但还不能有效用于解释和指导冲击地 压的监测与防治。例如比较有影响的''三因素"理 论，认为发生冲击地压必须同时具备三因素，即内存 因素煤岩体具有冲击倾向性，应力因素即有超过煤岩 体破坏强度的应力作用，结构条件即具有弱面和容易 引起突变滑动的层状介面，只有同时具备这3个条件 才会导致冲击地压的发生，否则不会发生冲击地压。 但如前所述，在一些测定为无冲击倾向性煤层的矿井 也发生了冲击地压。

　　究其原因，并不是学者们在冲击地压机理方面的 研究方法不对，问题的关键在于如前所述冲击地压存 在3种不同的分类，每一种理论可以去解释一种条件 下发生的冲击地压，很难用统一的理论去解释所有的 冲击地压现象。同时，冲击地压的机理研究非常重 要,只有充分理解了其机理才可能采取合理的监测与 防治措施。

　　深部煤矿开采过程中的应力场与能量场的动态 演化与发展必然为冲击地压的孕育、发生和发展创造 条件。冲击地压是_种能量释放在时间上非稳定、在 空间上非均匀的过程；即从时间上看,煤岩体中能量 释放速率大于消耗能量速率，则系统的破坏是不稳定 的;从空间上看,各点处的能量释放量构成了空间能 量释放梯度。在总释放量相同的条件下，如果能量释 放的空间分布是不均匀的，或者说是集中在某_点或 某几点上,则在这些点上所释放的能量就有可能克服 周围煤岩体的阻力，从而形成冲击地压等动力灾害。 在高应力和强扰动的深部开采环境中，采动空间能量 场的时空演化过程直接决定了冲击地压的发生特点 和孕育条件。这种冲击地压的能量场观点就有助于 我们去研究区域性监测技术，例如地震波CT技术和 微震监测技术。

　　随着开采深度和开采扰动的增加，多因素耦合致 灾机理的特点也越发明显26-27]。研究深部裂隙煤岩 体在开采过程中的能量积聚与释放机制、能量场的时 空演化规律以及动力灾变的能量触发条件，提出基于 能量突变的深部煤岩体动力失稳的模型与判别准则 和能量分析体系,利用非线性分叉理论和混沌动力学 来研究煤岩体细观破裂演化诱致煤岩体发生的冲击 地压的全过程应成为今后主要的攻关方向，也必将为 探索冲击地压灾害机理与防治的新途径。 3.3采动覆岩空间结构运动与冲击地压孕灾过程我国煤矿普遍采用长壁开采方法，随着采场的不 断推进，覆岩空间结构是在变化之中，其采动应力的 大小和分布范围也是在变化之中，存在''第_次来 压"和"正常推进"两种采动应力分布特征。针对深 部开采条件下覆岩空间结构运动与采动应力场耦合 特点以及应力与能量突变的动力学过程，我国学者提 出了"覆岩空间结构-空间应力场-区域性冲击"与 ''局部应力异常-微震"的深部动力灾害多尺度非线 性动力学模型128 ,研究相邻采场的影响、多层结构运 动引起的多次冲击和矿震、采空区_次''见方"和多 重"见方"等阶段引起的冲击地压等，采用"动-静应 力场理论"进行工作面巷道的合理布置和评价冲击 危险区，从而揭示不同尺度、不同量级动力灾害相互 耦合的孕灾过程和触发机制。

　　根据姜福兴的研究,典型的覆岩空间结构可分为 4种128-29 面采空（四周为实体煤）的首采工作面，两面采空的工作面，因跳采而留下的三面采空孤岛工 作面，因跳采和厚煤层由分层转为放顶煤开采而形成 的四面采空的孤岛工作面。从开采技术因素来看，要 尽量避免由于开采设计方案不合理或由于采掘接替 紧张而形成的孤岛工作面。在四面采空的孤岛工作 面空间结构中，当放顶煤工作面推进到接近上分层工 作面的停采线时，煤柱将发生2种可能的灾害：一是 煤柱突然破裂失稳,发生冲击地压或煤层突出；二是 煤柱逐渐破裂，工作面巷道围岩快速变形从而封堵巷 道和工作面内煤壁大面积片帮。