0.   引　　言

随着我国煤矿开采深度和生产强度的不断增大，煤矿面临的冲击地压威胁日益严重，截止到2020年，我国己有统计的冲击地压矿井数量超过200座，仍在生产的冲击地压矿井数量130余座^[1]，冲击地压矿井分布遍及我国20个省及自治区。冲击地压成为我国煤矿深部开采面临的主要动力灾害之一^[2-3]。

为应对日益严峻的冲击地压威胁，行业各界针对冲击地压发生机理^[4-7]、监测预警^[8-11]、防治管理^[12-15]进行了大量研究工作，取得了突破性进展，国家矿山安监局颁布的《防治煤矿冲击地压细则》、煤矿冲击地压防治“七模块”技术^[16]全国性的推广应用，建立了比较完备的冲击地压防治技术与管理体系，基本实现了全国范围内煤矿冲击地压的可防可控。然而，由于冲击地压的复杂性，现场防控技术仍处于“效率低、安全差、成本高”的阶段，究其根本原因，是对冲击地压发生机理与防控技术的关键理论研究不充分，导致冲击地压防治措施缺乏针对性，针对煤矿冲击地压防治体系中动力灾害的界定分类、危险评价、卸压解危、监测预警等环节的关键问题进行探讨，期望与同行进行交流，为进一步提高冲击地压防治的针对性和有效性提供思路。

1.   关于冲击地压与矿震的界定问题

1.1   冲击地压与矿震的界定与分类

长期以来，煤矿现场将有煤岩体抛出、岩体震动及声响等现象统称为冲击地压，由此导致冲击地压和矿震概念模糊，处置缺乏针对性，导致了冲击地压的“过度治理”，增大了煤矿企业和国家相关部门对现场冲击地压与矿震的管理难度，因此准确界定防控对象是冲击地压还是矿震，是哪一种冲击地压或矿震，是实现分类治理冲击地压、分级防控矿震的前提。目前国内外学者对于冲击地压与矿震的界定和分类进行了大量的研究，姜耀东等^[17]认为冲击地压本质是高应力条件下的煤岩体突然失稳破坏，由此将煤矿冲击地压分为材料失稳型、滑移错动型和结构失稳型；潘一山等^[18]根据煤岩体承载应力状态将冲击地压划分为煤体压缩型、顶板断裂型和断层错动型；齐庆新等^[19]认为矿震是采矿活动引起的一种诱发地震，以致灾性为标准划分为典型灾害型矿震和非典型灾害型矿震；窦林名等^[20]基于现场监测将矿震分为采动破裂型、巨厚覆岩型和高能震动型。

采掘空间是否发生灾害性动力显现是煤矿冲击地压与矿震最重要的区别，笔者在前人研究基础及笔者团队的研究基础上，基于灾害可控性的角度，对冲击地压与矿震做出以下定义和分类：冲击地压是煤矿采掘空间周围煤岩体瞬间冲出，造成人员伤亡和巷道、设备损坏，甚至地面产生震动的灾害性动力现象。其要点是发生在采掘空间周围，因此是可预可控的（人力可及的）。其本质为处于高应力状态的冲击倾向性煤岩体达到破坏极限时发生瞬间失稳并冲击，如图1、图2所示，根据外部主导力源类型（8种）和煤层-围岩结构特征（4类10种），将冲击地压划分为32类（同一类型中还有不同的冲击显现形式，如顶板冲击、底板冲击等）。例如自重应力控制的厚煤层整体性（全煤结构）冲击、断层构造应力主导的中厚煤层底煤（软底结构）冲击，这种分类的明显优点是指明了引发冲击的力源和需要控制的致灾体。

图  1  冲击地压与矿震综合分类方法

Figure  1.  Comprehensive classification method of rock burst and mine earthquake

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图  2  采掘空间煤层-围岩结构类型

Figure  2.  Structure type of coal seam - surrounding rock in mining space

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矿震是指矿区范围内有震感的动力现象。根据矿震显现位置与发生机制，将矿震划分为厚硬顶板断裂、地质构造活化、区域岩层移动、煤(矿)柱整体失稳和冲击地压诱发5种类型。很多情况下矿震是难以预测和防控的（人力不可及）。这种分类的优点是指明了引发矿震的力源和灾害体，为减震或消震提供了方向。

矿震与冲击地压的相互关系为：强烈的冲击地压能够引起矿震，矿震可能诱发冲击地压。例如吉林龙家堡“6•9”冲击地压事故，冲击共造成9人死亡，长220 m巷道破坏，冲击发生时地面有明显震感；鄂尔多斯门克庆煤矿“4•8”矿震诱发型冲击地压事故，震源能量为3.0×10⁷ J，长110 m巷道被破坏，事故造成矿井停产7个月。

1.2   冲击地压与矿震的治理目标

与冲击地压可防可治不同，治理自发性矿震是极其困难的。根据冲击地压与矿震造成灾害的不同程度，其治理的目标是不同的。

根据井下和地面的显现等级，矿震防控可分为预防治理、对症治理和源头治理3个等级。预防治理的防控目标为“有震无灾”，可采取加强监测、科普教育等局部性被动措施；对症治理的防控目标为“有震减灾”，主要采取井上建筑加固、井下卸压支护等局部被动措施；源头治理的防控目标为“减震消灾”，主要采取井下/地面压裂、开采设计优化等区域性主动措施。

冲击地压防控可根据“主导力源”与“煤层-围岩结构”组合确定冲击地压类型，再结合应力分布条件、煤岩体冲击倾向性、巷道围岩结构、围岩和支护强度等参量进行冲击危险性多参量耦合评价，综合采掘设计、监测预警、卸压解危和安全管理等措施进行全面治理，实现“消除冲击地压灾害”的治理目标。

2.   关于冲击危险性评价问题

2.1   冲击危险性多元分级评价指标

目前行业内通行的冲击危险性评价方法以宏观评价和统计经验为主，与具体工程条件的结合方面尚有欠缺。冲击危险影响因素复杂多样，基于笔者对冲击地压的定义和分类，冲击地压是应力条件、围岩与采掘空间关系条件和煤岩冲击倾向性条件耦合作用的结果。应力条件中的基础应力、附加应力可以采用数量化的手段进行评估，围岩稳定性可以结合支护强度来衡量，再结合煤岩体的冲击倾向性鉴定结果，可对采掘工作面的冲击危险性进行分级评价。将基础应力、附加应力、煤岩冲击倾向性和支护强度对冲击危险的影响程度分别用基础应力影响指数、附加应力影响指数、冲击倾向性影响指数和支护强度影响指数4个指标来表示。采用工程经验和模糊数学的方法，分别研究以上指标对冲击危险等级的隶属度，进而形成适用于工程应用的冲击危险性多元分级评价指标。

1）基础应力影响指数。基础应力包括自重、煤柱、相变、断层、褶曲、采空区等因素产生的集中应力，笔者在文献[21]提出了以上集中应力的估算方法。将评价区域围岩承载的基础应力与其单轴抗压强度的比值记为I_c，见式（1），由围岩强度的动应力硬化效应^[22]可知，I_c可以反映煤岩体在仅受基础应力条件下的冲击强度破坏准则。

其中：σ为总基础应力（垂直应力）；σ_c为围岩综合单轴抗压强度，σ_c可用式（2）表示。

其中：σ_c1、σ_c2和σ_c3分别为评价巷道底板、顶板和两帮的单轴抗压强度；a、b和c分别为对应的权重系数，可根据巷道的煤层-围岩结构类型进行赋值，a+b+c=1。

根据工程经验提出的围岩基础应力-强度比I_c与冲击危险等级的关系见表1。

表  1  I_c与冲击危险性关系

Table  1.  Relationship between I_c and impact hazard

Ic	<1	1≤Ic<1.5	1.5≤Ic<2	≥2
冲击危险性	无	弱	中等	强

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基于I_c与冲击危险等级的对应关系，引入基础应力影响指数U_Ic表征基础应力对冲击危险性的隶属度，见式（3）。

2）附加应力影响指数。附加应力包括采掘扰动应力和震动附加应力，笔者在文献[23-24]提出了以上应力的估算方法。将评价区域围岩的附加应力与基础应力之和与其单轴抗压强度的比值记为ΔI_c，见式（4），ΔI_c可以反映煤岩体受到附加应力条件下的冲击强度破坏准则。

式中，Δσ为总附加应力。

引入附加应力影响指数U_ΔIc表征附加应力对冲击危险性的隶属度，由于ΔI_c与I_c均为围岩承载应力的冲击强度破坏准则，且与冲击危险等级的对应关系相同，所以U_ΔIc表达式与U_Ic一致，见式（5）。

3）冲击倾向性影响指数。根据行业相关标准及工程经验，提出弹性能量指数W_ET与冲击危险等级的关系见表2^[25]。

表  2  W_ET与冲击危险性关系

Table  2.  Relationship between W_ET and impact hazard

WET	<2	2≤WET<3.5	3.5≤WET<5	≥5
冲击危险性	无	弱	中等	强

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基于W_ET与冲击危险等级的对应关系，引入冲击倾向性影响指数U_P表征冲击倾向性对冲击危险性的隶属度，见式（6）。

4）支护强度影响指数。支护强度可以反映围岩的稳定性，防冲领域一般以支护系统能够承载的最大动载能级作为衡量支护强度的评价标准。根据工程经验，提出支护抗冲能力S与冲击危险等级的关系见表3。

表  3  S与冲击危险性关系

Table  3.  Relationship between S and impact hazard

S/能级	<2	2≤S<6	6≤S<9	≥9
冲击危险性	强	中等	弱	无

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基于S与冲击危险等级的对应关系，引入支护强度影响指数U_S表征支护强度对冲击危险性的隶属度，见式（7）。

5）冲击危险性评价指标及分级。通过研究各评价指标对冲击危险性的隶属度，结合式（1）—式（7）可得到冲击危险性指数U的表达式见式（8），对应的冲击危险性工程判据指标见表4。

表  4  冲击危险性工程判据指标

Table  4.  Engineering criterion index of impact hazard

U	<0.6	0.6≤U<0.75	0.75≤U<0.9	≥0.9
冲击危险性	无	弱	中等	强

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其中，α、β、γ、φ分别为基础应力影响指数、附加应力影响指数、冲击倾向性影响指数和支护强度影响指数的权重系数，α+β+γ+φ=1。根据工程经验一般情况取α=0.5，β=0.2，γ=0.2，φ=0.1(固定值)，α、β和γ权重取值可根据划分的冲击地压类型进行调整。

2.2   冲击危险性多参量耦合评价方法

以目前行业广泛使用的应力增量叠加法为基础，提出综合考虑基础应力、附加应力、煤岩冲击倾向性、支护强度的冲击危险性多参量耦合评价方法，以期进一步提高冲击危险性评价的准确性。具体评价流程如图3所示。

图  3  冲击危险性多参量耦合评价方案

Figure  3.  Multi-factor coupling evaluation scheme of impact hazard

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1）收集地质、开采技术资料。包括采掘方案、岩层柱状、煤层赋存、地质构造、支护设计、防冲能力等资料。

2）分析力源类型、大小和范围。分析评价区域的基础应力和附加应力特征参数，基础应力包括自重、煤柱、相变、断层、褶曲、采空区等因素产生的集中应力，附加应力包括采掘扰动应力和震动附加应力，评价区域可能受一种或同时几种外部力源的加载，将各力源耦合叠加得到基础总应力σ和附加总应力Δσ，根据式（1）—式（5）分别得到基础应力影响指数U_Ic和附加应力影响指数U_ΔIc。

3）鉴定煤岩体冲击倾向性。依据国家标准鉴定评价采掘工作面煤层、顶板岩层、底板岩层的冲击倾向性，得到煤岩体的弹性能量指数W_ET。根据式（6）得到倾向性影响指数U_P。

4）围岩结构类型划分。根据收集资料确定评价区域的煤层-围岩结构类型，计算巷道围岩支护系统的抗冲能力S，根据式（8）得到支护强度影响指数U_S。

5）根据力源和围岩结构特征划分评价区域的潜在冲击地压类型。基于分类结果分别对基础应力影响指数U_Ic、附加应力影响指数U_ΔIc、冲击倾向性影响指数U_P和支护强度影响指数U_S赋予对应的权重系数，叠加计算得出评价区域的冲击危险指数U及对应的危险等级。

6）根据评价区域的冲击地压分类、评价结果，基于基础应力、附加应力、煤岩冲击倾向性、支护强度4项因素的冲击危险影响权重占比，制定针对性的冲击地压监测、防治方案。

该方法以分类治理为目的，旨在提高冲击地压主控因素的辨识度和治理决策的精准度。

3.   关于冲击地压预警问题

3.1   冲击危险性预警机理

冲击地压属于“瞬间灾变事件”，这是一类科学问题。其预警是通过监测前兆信息的动态规律实现的。

最易监测、最能反映冲击危险性和最敏感的冲击地压前兆是震动、应力（显现）和位移。确定三者在各类冲击地压预警中的“单因素预警阈值”、“三因素耦合方式及阈值”以及“单因素与多因素联合预警阈值”是准确预警冲击危险性的关键。因此，冲击危险性预警的机理为：通过监测冲击前兆敏感因素的动态规律，针对不同冲击地压类型，设计相应前兆的多因素耦合方式，设置单因素和多因素联合预警的各危险等级阈值，实现冲击地压“瞬间灾变事件”的提前预警，并制定分级应对措施。

震动监测分为低频地震监测、中低频微震监测和中高频地音监测3类；应力（显现）监测主要有钻孔应力监测（相对应力）、钻屑量（应力显现）监测、电磁辐射监测3类；位移监测主要有围岩位移、支护体变形（或受力）监测2类。

综上，对震动场、应力场和位移场三级联合监测预警冲击地压机理如图4所示，其技术路线为：①对监控区域同时开展震动、应力和位移监测；②震动、应力和位移监测的敏感指标分别为震源信息、应力演化和位移变化；③基于区域震动监测实现冲击地压的远场预警，基于局部应力显现监测实现冲击地压的近场预警，基于局部位移、钻屑或电磁监测实现冲击地压临场预警；④动载、静载、变形多参量实时监测与联合分析，精准实时进行冲击地压监测预警。最终实现冲击地压的“危险区域-危险程度”和“震动-应力-位移”的多维度、多参量实时综合监测预警。

图  4  冲击地压三级监测预警原理

Figure  4.  Three-level monitoring and early warning principle of rock burst

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3.2   多参量分类分区预警方法

目前大多数冲击地压矿井已装备了震动、应力、位移等方面的监测设备，基本实现了“区域监控-局部预警-现场检验”的冲击地压监测预警体系，但是由于冲击地压类型多、机理复杂，导致多系统实时联合监测预警的时效性差、效率低，难以满足现场监控预警要求。目前现场面临最紧迫的问题是如何提升冲击地压多系统监测条件下的多参量联合预警有效性。

为了提高冲击危险监测预警的有效性，冲击地压预警需要满足分类预警和分区监测2类要求：分类预警是指同时采用单参量特殊预警和多参量常规预警2种方法；分区监测是指将监测区域划分为掘进作业影响区、回采作业影响区和不受采掘作业影响区。基于分类分区预警方法的冲击危险预警流程如图5所示，以下分析冲击危险分类分区的监测预警方法。图中各阈值与具体的冲击类型和开采及地质条件有关。

图  5  冲击危险分类分区监测预警流程

Figure  5.  Monitoring and warning process of impact hazard classification and zoning

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1）分类预警。单参量特殊预警是指单一系统监测出现极端异常指标时直接触发特殊预警，例如应力监测中出现多点突增或多点预警、震动监测出现10⁵ J以上的大能量事件或10⁴ J大能量事件数量超标等特殊情况，可避免极端异常指标在权重法体系中被平均化；当未触发单参量特殊预警时，则进行多参量常规监测，首先确定震动、应力和位移监测中基础指标对应的冲击危险指数I_i，然后根据不同监测类型危险指数对冲击危险的影响程度进行权重K_i值分配，其表达式可用式（9）表示，最终得到监测区域整体的冲击危险程度I。确定各参量预警的关键指标及整体危险性权重时，首先根据工程类比确定指标类型和初值，再进行人工抽样检验，逐步调整预警指标和危险权重到合理的量值。

式中：I₁、I₂, …, I_n分别为微震、地音、煤层应力、钻屑法、电测辐射、支护或支架阻力、顶板离层量等监测系统预警指标对应的冲击危险指数；K₁、K₂, …, K_n为以上监测系统冲击危险指数对整体冲击危险影响的权重系数，K₁+K₂+…+K_n=1。

2）分区监测。冲击危险的控制因素种类及影响权重会随着监测区域的改变而变化，为提高预警的准确性，将矿井监测区域划分掘进影响区、回采影响区和稳定区以实现分区监测：①掘进工作面围岩应力的转移范围和集中程度均处于较低水平，但是掘进作业产生的高频、中高频震动相对活跃。所以掘进作业影响区域冲击危险预警指数的权重分配原则为：以震动监测为主、应力和位移监测为辅；②回采工作面的作业空间相对较大，覆岩运动产生的中低频震动活跃，同时围岩应力转移和集中程度均处于较高水平，所以回采作业影响区域冲击危险预警指数的权重分配原则为：以震动和应力监测为主、位移监测为辅；③稳定区域指不受采掘活动影响的大巷、上下山、永久硐室等范围，在长期高应力的作用下，围岩强度随煤岩体塑性蠕变而不断破坏，导致巷道围岩应力与强度达到冲击条件，最终可能引发巷道局部蠕变失稳型冲击或孤立煤体整体型冲击，所以稳定区域冲击危险预警指数的权重分配原则为：以应力和位移监测为主、震动监测为辅。

基于冲击地压多参量分类、分区实时监测预警原理，课题组研发了基于大数据云计算的冲击地压多元融合智能预警平台^[8,26]，预警平台在宏观评价矿井分区监测区域整体冲击危险等级的同时，实现分区内重点监测区域的冲击危险位置和危险等级的划分，指导现场卸压解危、采掘速度、安全管理等环节，提高冲击地压监测预警的效果与效率，保障冲击地压矿井的安全生产。目前该平台已在全国范围内包含煤监局、能源局、研究院、矿业集团和冲击地压矿井共数十家单位成功运用。

需要特别指出的是，下一步提高预警准确性与针对性的关键之一，是开发针对数十种动力灾害的多因素耦合方式及其预警阈值的智能化决策软件，为现有的监控平台配上“大脑”。

4.   关于解危措施的有效性问题

4.1   基于多元评价指标的卸压解危思路

依据基础应力、附加应力、煤岩冲击倾向性和支护强度4项指标可以评价冲击危险性，因此，通过采取技术措施改变以上4项指标，可以降低该区域的冲击危险程度。

“低应力”“低扰动”“低倾向”“强支护”是实现有效防冲的技术路线。即降低基础应力、附加应力和煤岩冲击倾向性，提高支护强度是降低冲击危险性可靠手段。如图6所示，外侧实线附近为具有冲击危险的区域，通过采取卸压、支护等措施，四项指标回缩到内侧点划线的安全区域。实现“低应力”“低扰动”“低倾向”“强支护”的技术手段相互关联，防治效果相互叠加，例如巷道围岩实施大直径煤粉钻孔卸压后，可以同时满足“低应力”“低倾向”的要求；而“强支护”加强围岩的支护强度后，既可以平衡卸压措施对巷道围岩的损害，同时可以提高工作面抗扰动及震动的影响。

图  6  冲击地压防治路线示意

Figure  6.  Rock burst prevention route diagram

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4.2   卸压解危技术及优选

目前冲击地压矿井常用的“低扰动”“低应力”“低倾向”“强支护”措施主要如下。

1）“低应力”实施方法为围岩卸压技术，主要包括：煤层钻孔卸压、深孔爆破、水力压裂、水力扩孔；顶板深孔爆破、水力压裂、水力劈裂；底板钻孔、爆破、切槽断底；开采解放层等。

2）“低扰动”实施方法为源头动载控制技术，主要包括：通过减小推进速度降低采掘扰动应力，控制震动附加应力方面，采取地面钻井压裂、高位顶板爆破预裂等方法防治区域岩层移动型矿震和厚硬顶板断裂型矿震，通过合理规划设计降低甚至避免构造活化型矿震和煤柱整体失稳型矿震。

3）“低倾向”实施方法为围岩弱化技术，主要包括：煤层钻孔卸压（排粉）、深孔爆破、水力压裂、水力扩孔（排粉）、注水软化等。

4）“强支护”实施方法为冲击与变形协同支护技术，主要包括：加强常规主动、被动支护强度，超前影响区域增加吸能支护等。

现场实施冲击地压卸压、解危措施时，应根据危险区域的主导力源、围岩结构类型搭配卸压、解危方法，根据危险区域的评价或预警等级与范围制定卸压、解危参数，不要盲目累加多种卸压解危手段。基于工程分类的局部卸压、解危措施组合方法见表5，现场可根据实际情况参考该表选取卸压解危的组合措施和施工参数。

表  5  基于工程分类的局部卸压、解危措施组合参考

Table  5.  Reference of combination of local pressure relief and risk relief measures based on engineering classification

围岩类型		不同主导力源局部卸压、解危措施
		自重应力	煤柱应力	构造应力	开采残余应力	采掘扰动应力	震动附加应力
厚煤层	沿顶结构	B/D	C/D	B/D	B/D	A/B/D	B/D
	全煤结构	B/D/G	C/D/G	B/D/G	B/D/G	A/B/D/G	A/B/D/G
	沿底结构	B/G	C/G	B/G	B/G	A/B/G	A/B/G
	破底半煤岩结构	B/G	C/G	B/G	B/G	A/B/G	A/B/G
中厚煤层	沿顶沿底结构	B	C	B	B	A/B	B
	软底结构	E/F	E/F	E/F	E/F	A/E/F	E/F
	软顶结构	F/G	F/G	F/G	F/G	A/F/G	A/F/G
薄煤层	破顶破底结构	C	C	C	C	C	C
倾斜煤层	厚底煤结构	B/D/G	C/D/G	B/D/G	A/B/D/G	A/B/D/G	A/B/D/G
	薄底煤结构	B/G	C/G	B/G	A/B/G	A/B/G	A/B/G
注：A为压裂或爆破断顶；B/C为帮部钻孔/爆破；D/E为钻孔/爆破断底；F为煤层注水；G为补强支护。

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5.   关于矿震治理问题

5.1   矿震诱发型动力灾害评价标准

巨厚坚硬顶板断裂、大型断层或褶曲构造活化、区域性岩层移动、承载煤柱整体结构失稳和强烈的冲击地压均可诱发矿震。基于震动附加应力和震动损害边界的概念，构建了矿震诱发型动力灾害（井下冲击地压和地面震动损害）一体化模型示意图（图7），根据简化模型分别提出矿震诱发井下冲击地压和地面震动损害的评价标准。

图  7  矿震诱发型动力灾害模型示意

Figure  7.  Mine earthquake induced dynamic disaster model diagram

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1）矿震诱发井下冲击危险性评估。矿震诱发井下冲击地压的机理为：矿震产生的震动附加应力与围岩的基础应力相叠加，超过冲击倾向性煤岩体的强度极限和支护强度从而诱发冲击地压，可用式（10）估算和评价。

矿震产生的震动应力本质为附加应力，所以矿震诱发型冲击地压的评价问题属于附加应力主导、基础应力、围岩煤岩体冲击倾向性和支护强度从属的危险性多参量权重耦合分析问题，可采用前章提出的冲击危险性多参量耦合评价的标准和方法，最终评价得出无、弱、中等或强冲击危险等级。

2）地面震动损害评估。我国多采用震动速度作为地震等领域震动强度的判据，基本能够满足工程需要，因此，采用矿震引起的质点震动速度大小划分矿震导致的地表震动损害范围，综合相关标准和文献研究成果^[27-28]，以质点震动速度v为标准将矿震对地面建筑和人体的影响程度划分为四级标准：①v≤1 mm/s，建筑物安全且人体无震感；②1 mm/s<v≤5 mm/s，建筑物安全但人体微弱震感；③5 mm/s<v≤30 mm/s，建筑物安全但人体明显震感；④v>30 mm/s，超过建筑安全震速、可能造成人员伤亡。

矿震诱发地面震动损害的机理为：矿震震动波传播至地面引起地面质点震动效应，达到人体震动感受阈值甚至建筑震动损害阈值后造成震动损害，可用式（11）^[23]表示

式中：v为质点震动速度；v_m为评价对象震动速度阈值。

矿震诱发地表某点的震动速度与震源的水平距离关系满足式（12），结合上文质点震动速度的四级标准，如图8所示，可评价矿震诱发地面损害的四级危险等级与范围（距震源平面距离）：无震感、微弱震感、明显震感、建筑损害。

图  8  矿震诱发型动力灾害危险等级划分

Figure  8.  Risk classification of dynamic disaster induced by mine earthquake

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式中：d为地表距离震源的水平距离；K为矿震能量作用系数；η为地震效率；U为矿震能量；ρ为地表附近传播介质密度；λ为矿震波衰减系数；h为震源距离地表的垂直距离。

5.2   矿震诱发型动力灾害防控体系

矿震治理需要综合考虑防控难度和经济效益，综合分析井下冲击地压、地面震动损害的危险等级，根据复合灾害的危险程度进行分级治理。治理等级可分为预防治理、对症治理和源头治理3个等级，三级治理可采用综合判定法进行划分。将矿震诱发井下冲击地压危险等级按照无、弱、中等、强分别赋值等级0、1、2、3；将矿震诱发地面震动损害危险等级按照无震感、微弱震感、明显震感、建筑损害分别赋值等级0、1、2、3，2类灾害的危险赋值等级两两相加可进行矿震诱发井下冲击地压、地面震动损害的复合灾害治理等级划分，根据两类灾害的危险等级组合确定划分原则为：①（0，≤1）为预防治理；②（2，0）或（1，1）为对症治理；③（≥2，≥1）为源头治理。最终划分结果见表6，综合值0~1代表预防治理，综合值2代表对症治理，综合值3~6代表源头治理。该判定区间在具体工程实践中，可根据矿震显现的致灾程度进一步优化调整。

表  6  矿震三级治理等级划分

Table  6.  Classification of three-level governance of mine earthquake

灾害等级	建筑损害	明显震感	微弱震感	无震感
强冲击	6	5	4	3
中等冲击	5	4	3	2
弱冲击	4	3	2	1
无冲击	3	2	1	0

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基于矿震诱发井下冲击地压和地面震动损害的危险程度与治理等级，如图9所示，笔者团队提出了源头减震、分类治灾、卸压抗震协同防控矿震诱发型动力灾害的技术体系：

图  9  矿震诱发型动力灾害防治体系

Figure  9.  Prevention and control system of mine earthquake induced dynamic disasters

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1）预防治理。该级别矿震对井下、地面影响较小，因此治理目标为有震无灾，治理途径主要为：井下加强地震、微震监测，数据异常时及时分析原因、评估矿震的潜在升级风险；地面开展居民科普教育，消除群众的矿震恐慌。

2）对症治理。该级别矿震对井下冲击地压或地面居民生产生活产生明显影响，因此治理目标为有震减灾，治理途径主要为：根据评价结果设计并实施井下围岩卸压、巷道支护等局部措施；地面加固建筑、居民搬迁等被动措施。

3）源头治理。该级别矿震对井下冲击地压或地面居民安全产生巨大威胁，因此治理目标为减震消灾，治理途径主要为：在采取地面、井下局部被动措施的同时，源头上减少高能级矿震的频次和能量，例如针对厚硬顶板断裂或区域岩层运动型矿震，可采用地面钻井水力压裂、井下高位顶板爆破、高充填率的充填开采等区域性主动防治措施，目前在我国山东兖州矿区、内蒙古鄂尔多斯矿区和陕西彬长矿区等多个煤矿已开展了地面钻井水力压裂防控矿震的技术试验研究，均取得了一定成效。

6.   结　　论

1）从灾害控制的角度界定了冲击地压与矿震及相互关系。通过主导力源与煤层-围岩结构的分类组合，提出了32类冲击地压类型和5种矿震类型，明确了冲击地压以消除灾害为治理目标，而矿震则需要根据致灾程度分级治理。

2）探讨了基于基础应力影响指数、附加应力影响指数、冲击倾向性影响指数和支护强度影响指数的冲击危险性评价体系，旨在进一步提高原宏观评价方法与具体现场条件的契合度。

3）研究了震动场、应力场和位移场联合预警冲击地压“瞬间灾变事件”的机理。

4）根据多元评价指标提出了“低应力”“低扰动”“低倾向”“强支护”的防冲路线，设计了基于应力和围岩结构分类的局部卸压、解危措施技术组合。

5）探讨了矿震诱发井下冲击地压和地面震动损害的评价问题。将矿震诱发型动力灾害治理等级划分为预防治理、对症治理和源头治理三级，设计了源头减震、分类治灾、卸压抗震多级防控矿震诱发型动力灾害的技术体系。

冲击地压与矿震的综合防治是复杂的科学与工程问题，笔者的观点是基于部分矿区的实践提出的，其中的多项研究处于应用的起步阶段，需要同行们协同研究，在现场应用中不断改进和完善。