摘要:总结了我国煤矿冲击地压灾害发生的特点，分析了冲击地压、岩爆和矿震之间存在的联系 和区别，建立了煤矿冲击地压的3种力学模型:材料失稳型冲击地压、滑移错动型冲击地压和结构 失稳型冲击地压。提炼出煤炭开采中的冲击地压研究需要解决的4个方面的科学问题：地质赋存 环境对冲击地压的作用机制及量化分析方法、深部断续煤岩体的变形破坏规律和工程动力响应特 征、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、煤矿冲击地压的监测预警与防 治方法，总结归纳了近年来我国在冲击地压机理与防治技术方面的研究成果以及存在问题，指出了 今后我国煤矿提高冲击地压防治水平的努力方向。
　　关键词：冲击地压;煤炭开采;冲击地压分类；冲击地压防治;机理
　　State of the art review on mechanism and prevention of coal bumps in China
　　Abstract：The features of coal bumps happened in Chinese coal mines were described. The definition of terminology among coal bumps, rock bursts and mine tremors were discussed. The mechanisms of coal bumps were classified into three models. These are bounce failure of openings surrounding rock or coal, translatory burst of coal seam between roof and floor or slipping burst of geologic faults, and structure sudden destabilization of an entire pillar or massive strata around mining panels. Moreover, ,our key issues in research point of view for fully understanding and better controlling phenomena of coal bumps were discussed. These issues involve the geological conditions relevant to coal bumps and the quantitative analysis method, the properties and engineering behaviour of discontinuous rock masses under the dynamic loading, the multi-factor coupling interaction mechanisms between coal bumps and space-time distribution of mining-induced stresses and energy in mining disturbed region, and the monitor-detect prevention and control methods of coal bumps. Finally, significant development and existing problem in controlling coal bumps in China were reviewed, and recent trends and a path forward on control of coal bumps in future were also pointed out.
　　Key words： coal bumps； coal mining! classification of coal bumps I prevention of coal bump； mechanism
　　随着煤炭资源开采深度和开采强度的增加，矿井 冲击地压等动力灾害日益加剧，严重地威胁着煤矿开 采的安全10。据统计,1985年我国冲击地压煤矿有 32个，而2011年底,发生冲击地压的矿井就多达142 个，同时，全国有近50个矿井开采深度达到或超过 1 000 m;2006-2013年，先后有新汶、抚顺、华亭、北 京、义马、阜新、鹤岗、七台河、平顶山等煤炭生产企业 因冲击地压而导致的重大伤亡事故多达35次，造成 300余人死亡，上千人受伤。冲击地压的破坏程度也 呈增大趋势，仅2011 -11 -03发生在河南义马千秋 煤矿的_起冲击地压事故0就造成10人死亡,64人 受伤，直接经济损失2 748. 48万元。
　　统计分析表明，各种类型的矿井都有冲击地压发 生的报告,各类煤层都发生过冲击现象，地质构造从 简单到复杂，煤层从薄到特厚，倾角从水平到急倾斜, 砾岩、砂岩、灰岩、油母页岩顶板都发生过冲击地压。 开采深度最浅的只有157 m,2011 -03 -24神华新疆 有限责任公司乌东煤矿北采区发生冲击地压造成1 人死亡,2人受伤。但随着深部开采深度的增加，冲 击地压的频度和强度都在增加。从采煤方法来讲，长 壁、短壁、房柱式、放顶煤、分层开采等都发生过冲击 地压，从米煤工艺来讲，综米、普米、炮米、水米、水砂 充填等各种工艺也都发生过冲击地压。
　　煤矿冲击地压不仅危害程度大，影响面广，而且 是诱发其它煤矿重大事故的根源。冲击地压的发生 可能诱发瓦斯异常涌出、瓦斯爆炸等重特大灾害H。 2003年淮北芦岭煤矿"5 o 13"冲击地压诱发瓦斯爆 炸事故，造成84人死亡;2005年，o 14"阜新孙家湾 煤矿瓦斯突出就是因冲击地压诱发大量瓦斯涌出，进 而发生特大瓦斯爆炸，死亡214人;新汶华丰煤矿在 开采山西组4煤层过程中，频繁发生冲击地压，冲击 地压又导致顶板水的大量突出，在该矿工作面突水量 增大的次数与冲击地压发生的次数成正相关H。
　　我国是采煤大国,012年中国采出了 36.5亿t原 煤，占世界煤炭总产量的47. 5%,加之煤田地质条件的 复杂性，我国的煤矿冲击地压问题尤为突出。学术界 对煤矿冲击地压的机理和防治问题_直非常重 视5-7 ,2001年11月的175次香山科学会议、2010年 7月的中国科协51次新观点新学说"岩爆机理探索" 学术沙龙、2012年11月的中国工程院岩爆突水工程科 技论坛、2013年8月全国防治煤矿冲击地压高端论坛 等都把煤矿冲击地压问题作为重点探讨;2004年国家 自然科学基金委员会设立的重大项目"深部岩体力学 基础研究与应用"、2010年国家科技部设立的国家重 点基础研究发展计划（973计划'媒炭深部开采中的 动力灾害机理与防治基础研究"也是重点研究煤矿冲 击地压问题。但是由于问题的复杂性，目前对冲击地 压的机理和防治技术的研究还不够充分，需进行长期 艰苦的探索和实践才可能取得突破进展。

　　1冲击地压的界定与分类
　　1.1冲击地压的界定
　　冲击地压、岩爆与矿震6-9]是地下工程和采矿工 程领域常见的岩石动力破坏现象，但一直以来人们对 于冲击地压、矿震和岩爆等术语的理解仍不够清晰。 由于行业背景的差异，在我国水电交通隧道等行业将 这种现象称之为岩爆，而在煤矿和冶金等采矿行业称 之为冲击地压或矿震。全国科学技术名词审定委员 会审定公布的这3个术语的定义分别如下：
　　冲击地压是指井巷或工作面周围岩体，由于弹性 变形能的瞬时释放而产生突然剧烈破坏的动力现象， 常伴有煤岩体抛出、巨响及气浪等现象。它具有很大 的破坏性，是煤矿重大灾害之一。
　　岩爆是指地下工程开挖过程中由于应力释放出 现围岩表面自行松弛破坏并喷射出来的现象。
　　矿震是指井巷或工作面周围煤岩体中突然在瞬 间发生伴有巨响和冲击波的震动但不发生煤岩抛出 的弹性变形能释放现象。
　　现在岩石力学界的部分学者认为冲击地压和岩 爆是同_岩石动力学现象，把冲击地压和岩爆作为同 义词合并,但有煤矿行业背景的学者并不认同这种观 点，这在2010年7月的中国科协51次新观点新学说 "岩爆机理探索"学术沙龙上讨论争论中表现得尤其 突出。
　　这种理解上的差异是由于行业对工程的要求不 同所产生的。在煤炭行业，由于井巷或工作面工程的 相对临时性和经济性要求，通常是可以容忍井巷或工 作面的围岩发生变形或破坏，只要围岩结构不失稳而 满足安全生产要求即可;而水电交通行业的隧道等地 下工程是百年大计，这些工程是不能容许围岩发生破 坏和产生大变形的。另外，采动应力的存在是煤矿等 矿业工程的一大特点，水电交通行业的隧道工程扰动 应力影响的范围和程度与煤矿采动引起的扰动存在 数量级别的差异。
　　冲击地压和岩爆的共同点是''在地应力高的岩 体中开挖硐室，由于围岩应力突然释放，岩块破裂并 抛出的动力现象"。差异在于,采矿工程中把这种动 力现象是否产生"破坏性"、是否成为"灾害"作为是 否发生冲击地压的标志。如果这种动力破坏没有成 为"灾害"、不影响安全生产，可以不予理睬，即可以
　　不采取治理措施，否则就要采取治理措施。因此，煤 炭行业通常只把需要采取治理措施的岩石破坏动力 现象称为冲击地压。这种是否产生''破坏性"、是否 成为"灾害"的确定对采矿行业是十分必要的，因为 国家〈煤矿安全规程》和《冲击地压煤层安全开采暂 行规定》中对冲击地压矿井有特殊的防治要求，这将 直接影响煤矿企业的生产安全和经济效益。
　　另外国际上关于岩爆的定义也是多样的，有兴趣 的读者可参考文献1〇]。
　　矿震是在区域应力场作用下，受开采活动影响而 发生的_种诱发地震。矿震除了可由采矿活动引起 外，地面活动、采空区顶板冒落、煤层片帮、冲击地压 和岩爆等都有可能诱发矿震。尽管有许多矿震并不 造成灾害，但有些矿震可能会诱发冲击地压，反过来 强烈的冲击地压也能够引起矿震。
　　1.2冲击地压的分类
　　国内外学者从不同的角度提出了不同的冲击地 压分类方法。如按冲击地压发生位置可分为煤层冲 击地压、顶板冲击地压和底板冲击地压；按冲击压力 来源可分为重力型、构造型和重力-构造型;按冲击 能量大小可分为微冲击、弱冲击、中等冲击、强冲击和 灾难性冲击类型等; Rice从煤岩材料受载类型和 破坏形式将冲击地压分为受静载引起的应力型冲击 失稳和受动载引起的震动型冲击失稳;佩图霍夫根据 冲击地压与工作面的位置关系将冲击地压分为两类： 一类是发生在工作面的由采掘活动直接引起的冲击 地压，另一类是远离工作面，由于矿区或井田内大区 域范围的应力重分布引起的冲击地压&2 ;潘一山 等M根据对我国冲击地压现状的研究，将之分为煤
　　体压缩型冲击地压、顶板断裂型冲击地压和断层错动 型冲击地压3种基本类型;何满潮等&4通过对煤岩 冲击失稳的能量聚积和转化特征的研究，建立了以复 合型能量转化为中心的煤岩冲击失稳分类体系，将冲 击地压分为单_能量诱发型和复合能量转化诱发型 两大类，其中单一能量型又可分为固体能量诱发型、 气体能量诱发型、液体能量诱发型、顶板垮落能量诱 发型和构造能量诱发型,该分类方法较以往的按冲击 能量特征分类更突出煤岩冲击失稳的本源和主要影 响因素。
　　更多的学者按照煤岩冲击失稳的物理特征进行 分类研究，总结起来可将冲击地压分为3类:①岩爆 型冲击地压,是指在高应力作用下，煤岩材料发生弹 射、爆炸式的破坏;②顶板垮落型冲击地压，上覆厚 且坚硬的顶板悬伸在矿柱上，达到_定跨度折断或垮 落时对矿柱形成压力波，引起矿柱煤体的瞬时破坏; ③构造型冲击地压，构造应力作用下,煤岩体发生突 然的失稳冲击。
　　冲击地压现象的本质是高应力状态作用下煤岩 体的突然失稳破坏。从应力状态导致煤岩体的突然 失稳破坏的本质对冲击地压的进行分类研究,本文将 煤矿冲击地压分为3类:材料失稳型冲击地压、滑移 错动型冲击地压和结构失稳型冲击地压。
　　(1)    材料失稳型冲击地压。
　　材料失稳型冲击地压是指井巷或工作面周围岩 体在开挖过程中，煤岩体内应力集中达到_定程度 后,煤岩材料内部裂纹不断扩展、贯通、汇聚，并导致 _定范围内的煤岩体发生弹射、爆炸式的破坏而发生 的冲击突出。材料失稳型冲击地压如图1(a)所示。 　
　　(2)滑移错动型冲击地压。
　　滑移错动型冲击地压如图1(b)所示，是指在采 动影响下由于顶底板与煤层刚度的不同而导致的煤 层滑移错动冲击挤出，如Lipp 突出模型&5];或井巷附近的断层、构造或结构面的滑 移错动诱发而产生突然剧烈破坏的动力现象。
　　(3)结构失稳型冲击地压。

　　井巷或工作面周围岩体，由于采动应力或顶板大 面积悬顶突然破断或矿震诱发而产生突然剧烈破坏 的动力现象，经常是煤柱或巷道围岩大面积的冲击突 出而发生整体井巷结构失稳，如图1(c)所示。如孤 岛工作面的开采、煤柱的回收、坚硬顶板下的煤层开 采等。例如2008 -06 -05千秋煤矿发生的一起冲击 地压事故,采场围岩瞬间释放的巨大能量致使105 m?长的巷道工程发生冲击突出破坏。在煤炭开采实践中，第2,3类的冲击地压所引发 的破坏通常比第1类更剧烈，这类冲击地压冲出煤量 大、动能多、震动大,往往造成巨大的破坏和严重后果。2冲击地压发生机理与防治研究中的关键科 学问题
　　生产实践表明煤矿冲击地压这种动力灾害现象 发生时一般没有明显的宏观前兆，具有突发性、瞬时 震动性、巨大破坏性特征，事先难以确定发生的时间、 地点和强度。从力学本质上讲煤矿冲击地压是特定地 质赋存条件下的煤岩体系统由于采矿活动在变形破坏 过程中能量的稳定态积聚、非稳定态释放的非线性动 力学过程，是其外部荷载环境、内部结构、构造及其物 理力学性质的综合反映，其形成过程非常复杂,涉及地 质、采矿、地球物理、岩石力学和非线性动力学等交叉 学科，同时该问题具有明显的时空演化特征。
　　与地下厂房、水电硐室、地铁隧道等其它行业地 下工程相比，煤矿开采具有十分鲜明的特征：①开采 空间范围大。我国深部煤矿普遍采用长壁开采方法， 形成了数十万甚至数百万立方米的开采空间，开采范 围之大、采动波及之广是其他任何地下工程不能比拟 的。②开采扰动强烈。大空间快速推采的长壁开采 方法对围岩形成强烈开采扰动，引起上覆岩层垮落、 地表大面积变形沉降，尤其是对于深部一矿一面集中 开采的千万吨级矿井而言，开采所导致大范围的强烈 扰动更是浅部开采和其它地下工程所不能比拟的。 ③介质属性和应力状态复杂。除了深部煤田地质赋 存条件的复杂性外，大范围开采对采掘空间周围煤岩 体形成反复扰动，使之多次经历变形、破坏过程，致使 煤岩体的介质属性既具有断续结构特征，又具有破断 介质属性;工作面处于高地应力和强卸荷共同作用 下，采掘诱致地应力重分布时空关系复杂，高应力释 放、转移、传递引起的煤岩体能量耗散与能量释放过 程的动力学特征明显，极易诱发冲击地压动力灾害。
我　　国学者通过多年研究，提出煤炭开采中冲击地 压机理和防治技术领域需解决的4个关键科学问题：
　　(1)地质赋存条件对冲击地压的作用机制及量 化分析方法。
　　在长期的地质演变过程中深部煤岩体内蕴藏着 巨大的变形能，其储能程度和原岩应力分布既取决于 煤岩体的硬度、致密性和矿物成分，也取决于地质构 造、断层、褶曲的程度。同时深部煤层开采时坚硬顶 板(特别是厚层砂岩顶板）的运动失稳也是导致矿柱 和采场巷道工作面发生瞬时冲击动力灾害的诱因。 因此冲击地压灾害与煤岩组分、断层、褶曲、原始应力 场和构造应力异常密切相关，如何科学定量描述地质 赋存条件的作用机制及其与煤矿冲击地压灾害的相 关性是_个共性科学问题。通过研究这_科学问题， 揭示煤岩体的冲击倾向性、地质构造和原岩应力条件 对煤矿深井动力灾害成灾的作用机制。
　　(2)深部断续煤岩体的变形破坏规律和工程动 力响应特征。
　　深部煤岩体通常为含有节理裂隙的层状结构。 深部煤炭的集中开采强烈扰动使得采场和巷道周围 的煤岩体不可避免地发生变形和破坏从而形成断续 结构。在多次开采扰动和长期的流变过程中，这种断 续结构煤岩体会出现新的破裂和强度不断衰减的循 环过程，从而导致大变形、强流变和超低摩擦效应，在 一定条件下将会引起冲击地压动力灾害。在深部煤 炭开采工程中，巷道围岩的破坏并不意味着巷道的失 效，围岩的突发性动力破坏是由于断续煤岩体结构特 征、外载荷作用、岩石卸压与能量释放的共同作用结 果。因此通过探索深部断续煤岩体的变形破坏规律 和工程动力响应特征这一科学问题，研究断续煤岩体 结构特征及破裂后的变形破坏特征，研究允许围岩破 坏但限制其变形发展的稳定条件，从而搞清楚巷道围 岩破裂后（峰后）的力学响应、围岩失稳特性及其演 化规律和动力失稳控制对策。
　　(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。
　　今后要进一步研究深部煤炭开采中上覆岩层整 体弯曲带中三维宏观应力场的时空分布规律,探索长 壁工作面在不同采场结构参数和不同开采方法条件 下的采动应力场在上覆岩层弯曲带和断裂带中分布 与转移特征，研究直接顶和基本顶在裂隙与垮落过程 中的应力变化特征，研究煤柱和巷道围岩中采动支承 压力分布规律和位移变形的变化规律,揭示煤岩动力 灾害的采动效应机理。研究煤层厚度、工作面长度与 推进速度等参数对基本顶和直接顶破断与垮落过程 的影响规律,探索不同层位关键岩层的破断形式、影 响范围、瞬间能量释放和传播的岩体动力学效应，得 到坚硬顶板第1次裂断或周期性裂断时的能量释放 特征。探索局部动力灾害的耦合效应、激增机制及诱 发顶板与巷道整体动力失稳的互馈效应与触发条件， 建立考虑覆岩结构局部动力破坏与支护体系互馈作 用的覆岩空间运动及变形的理论模型和调控方法。
　　3. 4煤矿冲击地压的监测预警技术与综合防治方法
　　近年来我国在冲击地压监测预警技术方面取得 了长足进展些高技术含量的监测设备被引入到冲 击地压的监测预警中来。目前,我国煤矿监测预警冲 击地压的主要方法有矿压观测法、钻屑法、顶板动态 仪、钻孔应力测量法、电磁辐射法、地音法、微震法、地 震CT技术、电荷感应监测技术。从物理本质分类， 矿压观测法、钻屑法、顶板动态仪、钻孔应力测量法属 于基于岩石力学原理的直观接触式监测方法，主要以 监测冲击地压发生前围岩变形、离层、应力变化、动力 现象等特征为主;而电磁辐射法、地音法、微震法、地 震CT技术、电荷感应监测技术属于地球物理方法。 地音和微震都是的监测煤岩破裂时的震动效应，区别 在于各自接收震动事件的频率范围不同。地音接收 高频低能事件，而微震接收低频高能事件。电磁辐射 法和电荷感应监测技术主要是测量煤岩体内应力集 中程度，地震CT技术是通过声发射来反演煤岩体内 的应力分布图像。在上述各种方法中，钻屑法、微震 法和地音法是较常用的冲击地压监测手段。钻屑法 由德国首先提出，我国《冲击地压煤层安全开采暂行 规定》和《煤矿安全规程》都将钻屑法作为确定冲击 危险程度和采取措施后的效果检验方法。微震法和 地音法在我国一些冲击地压灾害严重的煤矿都已应 用，如新汶华丰矿、徐州三河尖矿、义马千秋矿和抚顺 老虎台矿等。
　　窦林名研制了 Seicom分布式广域网微地震监测 系统和KJ -100顶板离层遥测监控系统,并进 行了矿震远程监测系统的建设，可以在实验内和监测 矿井同时分析实测数据。姜福兴自行研制了 "震动 场-应力场体化监测预警系统2],通过微震监测 技术监测煤岩体在变形和破坏过程中，裂纹产生、扩 展、摩擦时内部积聚的能量以应力波的形式释放，产 生微震事件,借助专业化的数据处理软件，能够实现 在三维空间中实时准确地确定岩体中微震事件发生 的位置、量级，从而对煤岩体的变形破坏的活动范围、 稳定性及其发展趋势做出定性、定量评价，确定危险 区域;通过监测采动应力变化，比较不同时刻每个测 点的相对应力的变化量和应力梯度等值线的变化，可 以评价冲击危险性和冲击危险区域。这种具有我国 自主知识产权的"震动场-应力场体化监测预警 系统，同时监测微地震定位和采动应力的变化，目前 在我国60多个煤矿应用，已经成为实时冲击危险性 预警的主要手段。该多指标预警系统在原理上优先 于单指标的在原理上优先于波兰的ARAMIS MPE微 震监测系统，并实现了远程数据传输和实测数据分 析。天地科技股份有限公司采矿所也开展了采用便 携式微震仪对解危效果井下检验的尝试B2-33。
　　由于冲击地压发生机理的复杂性,冲击危险的前 兆信息及多参量监测判别技术正逐渐成为冲击地压 主要监测预警模式，其原理如图2所示。应当指出， 不同监测系统的监测原理不同，监测对象、有效精度、 监测范围也不同，如何从这些前兆信息中判别得出的 正确的预警结果仍有很长的路要走。例如义马千秋 煤矿虽然安装了 ARAMIS、ESG微震监测系统和KBD -5、KBD -7电磁辐射仪等监测设备,但还是未能对 2011年发生的"11 .3"冲击地压事故做出预测预报。

　　冲击地压的防治技术可概括地分为3种:一是采 用采矿优化设计方法以避免冲击地压的发生,包括优 化开拓布置、解放层开采、无煤柱开采、预掘卸压巷、 宽巷掘进、宽巷留柱法等；二是对已具有冲击危险的 区域进行解危，避免高应力集中和改善煤岩体介质性 质以减弱积聚弹性能的能力，包括顶板深孔爆破、煤 层卸载爆破、煤层高压注水、大孔卸压法、定向水力压 裂法、高压水射流切槽、断底爆破法、预掘卸压硐室、 煤层高压水力压裂、底板切槽法等；三是采用更有效 的支护方法，通过增大支护强度或改善支护方式以提 高支护体抵抗冲击的能力，这是_种被动防护方法， 如冲击震动巷道围岩刚柔蓄能支护法、高预应力、强 力锚杆U型钢支护法、门式液压支架（或垛式液压支 架）法、恒阻大变形锚杆（索）支护法等。应当指出， 开采设计优化方法是从源头上消除应力高度集中，降 低冲击地压危险的一类方法，目前许多冲击地压矿井 由于在开采设计阶段没有考虑开采中的应力叠加和 集中问题,从而造成了后期开采生产中出现了孤岛煤 柱开采和上覆煤柱下方开采的局面，如果通过巷道布 置优化和保护层开采等开采设计优化手段可达到消 除应力多次叠加产生的应力高度集中的目的。
　　冲击地压的技术管理体系和防冲工作流程设计 也十分重要，如山东能源集团制定了严格的冲击地压 矿井和严重冲击地压煤层开采生产中的8项管理规 定:开采前进行冲击地压危险性评价、开采设计方案 优化、开采前的防冲预处理、开采过程中的监测预警、 开采过程中的危险区解危、解危效果检验、冲击地压 工作面的安全管理、冲击地压防治经验的总结，建立 了防冲''三个体系和一个流程"即组织体系（防冲人 员）、技术体系（技术、装备投入）、管理体系（相关防 冲管理制度）和闭环式的工作流程，在技术体系中， 重点要做到危险区''三强"防冲技术，即强卸压、强监 测和强防护，取得了较好的防冲效果。
　　为满足深部煤矿冲击地压监测预警的重大需求， 深井冲击地压的监测预警理论、技术和手段均有待完 善。同时，国内外对冲击地压防治方法的机理研究滞 后于冲击地压防治的实践，因此对冲击地压等动力灾 害机理及防治方法的理论研究仍是今后冲击地压动 力灾害研究的长期目标。在装备预警监测设备的基 础上，从优化开采设计、改变采动应力场分布、改善局 部煤岩体性质等方面入手，研究深部煤矿冲击地压的 理论和冲击地压解危技术方法,建立适合我国煤矿深 部冲击地压综合防治的理论与技术体系，是最终实现 对冲击地压等煤岩冲击地压有效防治的重要保障。
　　4结 论
　　(1)煤矿冲击地压的本质是煤岩体系统由于采 矿活动在变形破坏过程中能量的稳定态积聚、非稳定 态释放的非线性动力学过程，根据失稳形式和失稳机 理对冲击地压进行分类，可分为：材料失稳型冲击、滑 移错动型冲击和结构失稳型冲击3种类型。
　　(2)煤炭开采中的冲击地压问题研究需要解决4 个方面的科学问题:地质赋存环境对冲击地压的作用 机制及量化分析方法、深部断续煤岩体的变形破坏规 律和工程动力响应特征、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、煤矿冲击地压的 监测预警与防治方法，这些问题的解决有利于揭示冲 击地压的机理并提出行之有效的防治方法，保障煤炭 资源的安全高效开采。
　　(3)我国煤炭深部开采中冲击地压问题的研究 取得了_系列的研究成果，但仍需在深部煤层地质构 造特征、煤岩层空间结构与动力灾害的关系，深部开 采中的采场应力空间演化规律与致灾机理，冲击地压 防治方法的理论研究等方面做进一步的探索。