随着煤炭资源开采深度和开采强度的增加，冲击地压逐渐成为威胁煤矿生产安全的主要灾害之一。《地质条件复杂煤层冲击地压防治》在挖掘我国近20年来发生的30余起冲击地压事故致灾因素及其关联关系的基础上，探讨断层滑移诱冲机理，划分褶*构造发育煤层防冲“三区”，提出瓦斯煤层冲击属性判别方法，分析巷道底板冲击地压的发生机理和近直立煤层冲击失稳原因，研究断层、褶*、高瓦斯、高应力、近直立五类地质条件复杂煤层冲击地压防治技术。

目录
序
前言
第1章 绪论 1
1.1 地质条件复杂煤层冲击地压研究目的及意义 1
1.2 地质条件复杂煤层冲击地压防治现状 3
1.2.1 断层冲击地压防治现状 3
1.2.2 褶*构造煤层冲击地压防治现状 4
1.2.3 瓦斯煤层冲击地压防治现状 6
1.2.4 底板冲击地压防治现状 7
1.2.5 急倾斜煤层冲击地压防治现状 8
1.3 本书主要研究内容 9
第2章 冲击地压事故致灾因素分析 11
2.1 典型冲击地压事故及其诱因 11
2.1.1 典型冲击地压事故 11
2.1.2 诱发典型冲击地压事故的地质因素 14
2.2 基于文本挖掘的冲击地压事故地质致灾因素分析 18
2.2.1 文本挖掘技术 18
2.2.2 文本数据库 21
2.2.3 冲击地压主要影响因素分析 24
2.3 冲击地压主要致灾因素关联分析 26
2.3.1 事故致灾因素关联性分析方法 26
2.3.2 冲击地压事故致灾因素共现网络分析 28
2.3.3 冲击地压事故主要致灾因素关联规则分析 33
第3章 断层发育煤层冲击地压防治 39
3.1 断层冲击地压概况 39
3.1.1 断层对冲击地压的影响 39
3.1.2 断层冲击地压特征 40
3.2 动静载作用下断层滑移机制 41
3.2.1 静载卸荷扰动诱发断层滑移特征分析 41
3.2.2 应力波作用下断层滑移规律研究 55
3.2.3 动静载耦合作用下断层滑移力学模型研究 68
3.3 采动条件下断层失稳诱冲机理 71
3.3.1 动静载耦合作用下断层失稳规律分析 71
3.3.2 采动影响下断层失稳诱冲过程研究 78
3.3.3 卸荷条件下断层冲击地压孕灾机理研究 83
3.4 断层冲击地压防治 86
3.4.1 合理采掘部署 86
3.4.2 断层煤柱留设 89
3.4.3 局部防治技术 90
3.4.4 巷道支护技术 91
第4章 褶*构造控制煤层冲击地压防治 94
4.1 褶*构造控制煤层冲击地压概况 94
4.1.1 褶*构造及其对煤层影响 94
4.1.2 褶*构造控制煤层冲击地压发生机理 95
4.2 褶*构造复杂区域地应力环境研究 97
4.2.1 褶*构造复杂采区概况 97
4.2.2 地应力测量 101
4.2.3 三维地应力场反演 107
4.2.4 褶*构造区域应力环境 114
4.3 褶*构造控制区冲击危险性研究 119
4.3.1 影响冲击地压的地质条件因素 119
4.3.2 影响冲击地压的开采技术因素 123
4.3.3 冲击危险性预测 127
4.3.4 褶*构造控制区防冲“三区”划分 128
4.4 褶*构造控制煤层可采区工作面布设优化 136
4.4.1 工作面方案设计 136
4.4.2 方案一工作面布设下的褶*构造区应力分布特征 138
4.4.3 方案二工作面布设下的褶*构造区应力分布特征 141
4.4.4 方案三工作面布设下的褶*构造区应力分布特征 143
4.4.5 可采区工作面布设方案优选 146
第5章 高瓦斯及突出煤层冲击失稳机理与防治 147
5.1 瓦斯煤层冲击地压概况 147
5.1.1 我国瓦斯煤层冲击地压矿井 147
5.1.2 瓦斯煤层冲击地压特征 150
5.2 瓦斯对煤冲击倾向性的影响 151
5.2.1 含瓦斯煤冲击倾向性测试装置 151
5.2.2 含瓦斯煤冲击倾向性测试方法 153
5.2.3 瓦斯压力对煤冲击倾向性指标的影响 154
5.3 瓦斯煤层冲击危险性评价 161
5.3.1 影响瓦斯煤层冲击危险性的因素 161
5.3.2 冲击危险状态等级评定综合指数计算 164
5.3.3 冲击危险性评价结果及等级划分 165
5.4 含瓦斯煤声发射特征及破坏力学行为研究 165
5.4.1 含瓦斯煤变形破坏过程中声发射特征研究 165
5.4.2 多场应力耦合作用下含瓦斯煤体破坏力学行为研究 172
5.4.3 冲击载荷作用下含瓦斯煤破坏力学行为研究 179
5.5 瓦斯煤层冲击机理 184
5.5.1 瓦斯对煤体强度的影响 184
5.5.2 瓦斯煤层冲击失稳能量判据 187
5.5.3 瓦斯压力对工作面瓦斯运移和煤层应力特征的影响 189
5.6 瓦斯煤层冲击地压防治方法 194
5.6.1 冲击地压-煤与瓦斯突出一体化监测预警技术 194
5.6.2 瓦斯抽采联合煤层注水防冲技术 196
5.6.3 瓦斯分阶段治理防冲技术 196
第6章 高应力区底板冲击地压防治 199
6.1 底板冲击地压概论 199
6.2 巷道底板冲击地压发生机理 200
6.2.1 巷道底板层裂结构稳定性的理论分析 201
6.2.2 底板冲击地压对巷道围岩整体的破坏机理 204
6.3 应力对底板冲击地压的影响 206
6.3.1 影响底板冲击地压的主要因素 206
6.3.2 侧向支承压力对底板冲击地压的影响 207
6.3.3 应力波对底板冲击地压的影响 211
6.4 底板冲击地压卸支耦合防治技术 212
6.4.1 爆破对底板冲击地压的影响 213
6.4.2 底板锚固对底板冲击地压的控制效果 226
6.4.3 底板注浆对底板冲击地压的控制效果 237
6.4.4 底板锚注对底板冲击地压的作用研究 244
6.4.5 卸支耦合治理措施对底板冲击地压的作用 248
6.5 巷道底板冲击防治案例 252
6.5.1 矿井概况 252
6.5.2 冲击地压情况 252
6.5.3 巷道底板卸支耦合防冲试验 253
第7章 近直立特厚煤层冲击地压防治 259
7.1 近直立特厚煤层冲击地压概况 259
7.1.1 近直立煤层分布概况 259
7.1.2 近直立煤层开采方法 259
7.1.3 近直立特厚煤层冲击地压显现 260
7.2 近直立特厚煤层冲击地压影响因素 264
7.2.1 地质构造 264
7.2.2 开采方式 266
7.2.3 采掘扰动 267
7.2.4 底煤 270
7.3 近直立特厚煤层冲击原因分析 271
7.3.1 近直立特厚煤层采动应力分布特征 271
7.3.2 近直立特厚煤层群冲击原因分析 274
7.4 近直立特厚煤层群冲击地压保护层开采防治方案 275
7.4.1 近直立特厚煤层群保护层开采防治冲击地压原理 275
7.4.2 近直立特厚煤层群保护层方案优选 276
7.4.3 近直立特厚煤层群水平分段合理开采顺序 294
7.5 近直立特厚煤层群保护层自卸压防冲技术 298
7.5.1 先行开采煤层自保护卸压防冲原理 298
7.5.2 先行开采煤层自保护层设计方案 300
7.5.3 先行开采煤层自保护卸压效果分析 301
参考文献 307

第1章绪论
　　随着煤炭资源开采深度和强度的不断提升，煤矿地质环境日益复杂，冲击地压作为一种典型的动力灾害，已成为制约煤矿安全高效生产的关键问题之一。特别是赋存在断层发育、褶皱构造、瓦斯及坚硬顶底板等复杂地质条件下的煤岩体受高应力、构造应力集中等的叠加影响，冲击地压显现出诱发机制复杂、能量积聚迅速和防控难度大等特点。面对这一严峻形势，系统深入研究地质条件复杂煤层冲击地压的发生机理、孕育特征及防控技术，已成为保障煤矿安全的重要课题和现实需求。
　　1.1 地质条件复杂煤层冲击地压研究目的及意义
　　我国“富煤贫油少气”的资源禀赋决定了煤炭是支撑我国国民经济持续高速发展的基础能源，据《中国能源中长期(2030、2050)发展战略研究》预测，到2050年我国煤炭年产量为30亿t，约占一次能源的50%，煤炭将长期作为我国主导能源。随着我国浅部煤炭资源因大量开采而日趋枯竭，深部煤炭资源成为未来一段时期的主体能源，目前我国有210处煤矿采深超过800m，近60处矿井采深超过1000m。开采赋存于深部高应力、高地温、高岩溶水压环境下的煤炭资源，特别是深部地质构造复杂和煤层赋存异常区域的煤炭资源，容易发生冒顶、煤与瓦斯突出、突水、冲击地压等生产安全事故。
　　冲击地压(也称冲击矿压)是井巷或工作面周围煤(岩)体，由于弹性变形能的瞬时释放而产生的突然、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。煤矿冲击地压事故往往会造成巷道堵塞、设备损毁、人员伤亡和财产损失。2010年以来，我国先后发生了30起冲击地压事故，累计造成136人死亡，150余人受伤，数亿元的直接经济损失。同时，冲击地压还可能诱发其他次生灾害，造成更为严重的灾难性后果，如辽宁孙家湾煤矿2005年发生的“2？14”特大瓦斯爆炸事故，就是由冲击地压诱发的，这起事故造成214人死亡。仔细研究我国近年来发生的冲击地压事故不难发现，这些事故的发生与事故区域的断层(如千秋煤矿“11？3”冲击地压事故，2011年；红阳三矿“11？11”冲击地压事故，2017年)、褶*(如胡家河矿“10？11”冲击地压事故，2021年)、坚硬顶板(如东保卫煤矿“7？22”冲击地压事故，2016年；新巨龙煤矿“2？22”冲击地压事故，2020年)、煤层分叉合并(如龙郓煤矿“10？20”冲击地压事故，2018年)等地质条件密切相关。
　　随着新时代防灾减灾救灾“两个坚持、三个转变”理念的深入，防灾减灾救灾工作要坚持以防为主、防抗救相结合，坚持常态减灾和非常态救灾相统一，努力实现从注重灾后救助向注重灾前预防转变，从减少灾害损失向减轻灾害风险转变，从应对单一灾种向综合减灾转变。煤矿冲击地压灾害防治也应顺应形势需要，转向重视“源头治理”，以期实现“零冲击”的目标。冲击地压虽然是受地质条件、开采技术和管理水平综合影响而发生的矿山灾害，但是在众多影响因素中，地质条件是基础，不同地质条件煤层的冲击地压发生机理、监测手段、防治措施、管控重点都是不同的。为达成冲击地压“源头治理”和“零冲击”目标，必先对地质条件尤其是复杂地质条件进行研究。具体而言，研究复杂地质条件冲击地压机理及防控的目的如下。
　　(1)揭示复杂地质条件下冲击地压的致灾机理。明确断层活化、褶*翼部应力集中、陷落柱周围煤岩体破碎及强度弱化、坚硬顶板破断失稳等地质构造因素如何诱发或加剧冲击地压。研究地质构造如何改变采场围岩的应力分布(高应力集中区形成)、能量积聚与释放模式(储能体形成、突然释放)、煤岩体力学性质(强度、脆性、冲击倾向性)等关键因素，从而触发冲击。
　　(2)构建精准的冲击危险性预测评价方法与指标体系。在应力、能量、微震、钻屑量等常规冲击地压危险性预测指标的基础上，融入关键地质构造信息(如构造位置、构造应力场扰动特征、构造影响带范围、顶板岩性组合及强度等)，形成更贴合复杂地质条件的综合预测模型。发展针对特定地质构造(如过断层、近陷落柱开采、褶*轴部开采、坚硬顶板下开采)的动态危险性评价技术，提高预测的时空精度，实现对高风险区域的早期识别和预警。
　　(3)研发并优化针对性的冲击地压防治技术。基于对地质构造影响机理的深入理解，设计更有效的卸压解危措施。例如，针对断层：优化工作面布置方向、推进速度，采取断层带预加固或预卸压措施；针对陷落柱：明确安全开采距离，采取柱周强化支护或定向卸压；针对坚硬顶板：优化顶板处理方式(水力压裂、爆破断顶、深孔预裂爆破等)，控制其破断步距和能量释放强度；针对褶*：在应力集中区加强监测和提前卸压。制订地质构造影响区域的差异化支护方案和开采强度控制策略。
　　(4)指导复杂地质条件下安全高效开采。为工作面合理布置(避开或优化穿越构造方式)、开采顺序优化(避免构造应力叠加)、采煤方法与工艺参数选择(采高、推进速度、停采线位置等)提供科学依据，*大限度地降低地质构造带来的冲击风险，保障在资源赋存条件复杂的区域实现安全开采。
　　对地质条件复杂煤层冲击地压的研究，其核心目的在于深入理解地质构造这一关键致灾因素的作用机制，从而实现对灾害的精准预测和有效防治。其根本意义在于，保障煤矿安全生产、提升企业经济效益、促进资源高效开发、推动相关科学技术进步，对我国安全开采深部煤炭资源、服务国家能源安全战略具有重要意义。
　　1.2 地质条件复杂煤层冲击地压防治现状
　　1.2.1 断层冲击地压防治现状
　　断层作为煤层中*常见、*活跃的地质构造之一，对冲击地压的发生具有显著影响。在断层发育煤层中，煤岩体常处于结构松散、应力集中和能量富集的临界状态，断层面上的剪切滑移或应力突变极易诱发冲击灾害。近年来，广大学者通过大量研究逐步揭示了断层构造区冲击地压的孕育规律。在此基础上，围绕断层构造区域的冲击灾害监测预警与防控技术也取得了一系列进展，为断层影响区冲击地压的精准防控提供了理论支撑与技术手段。
　　在煤矿领域，开采活动诱发断层滑移是一种常见的现象[1]，是断层冲击地压的主要原因之一。多年来学者一直关注断层冲击地压的问题，认为断层稳定性与冲击地压有着密切的关系，但至今尚未厘清二者之间的逻辑关系，总是将其混为一谈[2]。实际上，断层失稳和冲击地压是采动导致的两个结果，二者在时空上具有显著差异，应该分开进行研究[3]。断层失稳可能是冲击地压发生后引起的结果，如回采工作面向断层推进，断层煤柱失稳导致断层突然滑移[4]；断层失稳有时和冲击地压同时发生[5]；断层失稳可能诱发冲击地压，往往释放巨大的能量，该能量是采掘空间围岩突然破坏的主要原因，如徐庄矿F106断层失稳造成距冲击事件约100m处的两条顺槽严重损坏[6]。
　　断层冲击地压是冲击地压的一种重要类型，在全国范围内受断层冲击地压影响*大的为河南义马煤田[7，8]，故断层冲击地压机理的研究主要是针对义马F16逆冲断层开展的。目前学术界对断层冲击地压发生机理尚未有统一的认识，他们认为断层冲击地压的原因主要有超低摩擦、多种静载应力叠加、动载触发以及断层煤柱失稳等[8-11]，但学者比较容易接受的一种观点是：断层冲击地压是在较高的静载应力以及动载扰动作用下发生的，其中超低摩擦效应是断层在应力波作用下摩擦力显著降低的一种现象，该效应可能会诱发断层活化，并促使断层煤柱失稳[9]；断层冲击地压的另一种解释是，构造应力、支承压力等多种应力叠加诱发煤体冲击，静载应力在其中起主导作用[12]，而覆岩结构运动为断层冲击地压提供了载力源[13，14]；动载扰动也可能促进断层冲击地压的孕育，动载力源或来自断层影响下顶板大面积破断[15]，或来自断层滑移[16]；断层煤柱失稳是断层冲击地压较多的一种显现形式，该类型断层冲击地压的本质是煤柱破坏造成了巷道煤体冲击[10]。
　　断层冲击地压的监测预警主要是为了识别其发生的可能性、时间、地点及能量等级，指导灾害防治。目前，主要依靠现场直接接触与地球物理两类手段开展预测预报工作。接触式监测技术包括钻屑法、钻孔应力(应变)测量、顶板动态监测和矿压观测等，主要反映冲击前围岩变形、煤体损伤和应力演化等特征；地球物理方法则涵盖微震、声发射、电磁辐射、地音、地震法与电荷感应等多种手段，具备较强的实时监测能力。此外，大地层析成像、地质雷达、红外成像等新型技术也被提出用于冲击地压监测，但工程应用仍较少[17-19]。蔡武[17]在甘肃宝积山煤矿Fa断层区域建立了适用的微震监测与防治技术体系。姜福兴等[20]在山东朝阳煤矿利用BMS-Ⅱ微震系统动态显示断层附近事件分布与能量耗散特征，辅助判定冲击高风险区。Liu等[21]提出电磁辐射、声发射与微震的多参量联合监测预警系统，并在多个构造区矿井应用。张月征等[22]则采用TRY-4型钻孔分量式应变仪监测断层区煤体应变演化，为冲击判识提供现场数据支持。
　　在灾害防控方面，研究主要聚焦于区域性防御措施和局部解危措施两类策略，前者通过优化开拓布局、采掘顺序及工作面避让断层等方式，降低断层区应力集中。例如，采用错层位布置巷道、提前回采断层控制带等方式，减少结构扰动。而后者通过松动破碎煤体、减速推进、大孔卸压、卸压爆破、注水软化等，以实现对断层错动诱发冲击的主动控制[23，24]。需要指出的是，井下采掘是一个逐步扰动的过程，每次开挖都会引起局部应力释放。由于煤岩体的非线性响应，支护形式、施工节奏等因素均会影响断层-煤岩系统的稳定性。不同应力路径将导致不同的*终稳定状态，故必须在施工设计阶段充分考虑其扰动路径效应。断层活化表现为稳定滑移(蠕滑)或非稳定滑移(突变错动)。其中，稳定滑移多为缓释能量过程，不易造成灾害，而突变错动则可能瞬间释放大量能量，诱发高烈度冲击地压。因此，部分研究提出应主动引导断层实现受控滑移，使其以稳定形式释放能量，从而降低灾害风险[25，26]。
　　1.2.2 褶*构造煤层冲击地压防治现状
　　随着煤矿开采深度的增加和开采强度的提升，褶*构造对煤层冲击地压的影响日益突出。近年来，研究者通过地质调查、物理模拟和数值分析等方法，初步揭示了褶*构造冲击地压发生机理并发展了相应预警防治方法。
　　针对褶*构造控制煤层冲击地压发生机理，国内外学者采用理论分析、数值模拟等多种手段，主要从褶*构造区地应力分布、冲击矿压孕育规律等角度进行了研究。
　　曹安业等[27]采用FLAC3D模拟分析了工作面开采时褶皱区域“顶-煤-底”的应力演化特征，发现垂直和水平应力场呈分区分布，其中水平应力对于褶皱区工作面回采起到主控作用；王宏伟等[28]基于义马煤田千秋煤矿褶皱残余不均匀构造应力，采用数值模拟方法，分析了褶皱区域应力分布特征及不同区域的冲击显现规律；贺志龙[29]基于黏弹性理论对褶皱受到自重应力和构造应力控制进行分析，通过数值模拟分析了褶皱在开采过程中应力场的分布规律，在此基础上提出相应的安全开采措施。胡广东等[30]通过FLAC3D模拟小型褶*应力孕育过程，随着工作面推进，距离小型褶*轴部越近，应力变化越大；顾士坦等[31]通过UDEC数值试验研究了背斜构造影响下，煤岩支承压力及其能量分布，发现背斜轴部区域冲击危险性较高；付京斌[32]模拟了煤层褶*构造形成过程，并对煤层破坏情况、应力场分布特征等进行分析；Lee等[33]认为在褶皱区存在高残余构造应力，开采时会导致高残余构造应力释放而诱发冲击矿压。
　　史慧玲[34]研究发现开采强度越大，开采后褶皱区煤岩体内部降压越明显，褶皱构造区的巷道围岩发生冲击显现程度也就越大；井广成等[35，36]基于震源机制矩张量的反演方法，对工作面回采期间冲击地压的破裂面产状等地震学参量进行了分析，结果表明褶皱构造区的冲击震源破裂类型以拉张破裂为主，以此系统地揭示褶皱构造区冲击地压的震源机制；陈峰等[37]分析了褶皱区及厚底煤对冲击地压的影响作用，揭示了应力波作用下底板型冲击地压的响应规律，结果表明，当底煤厚度大时，其形成的脆性结构极易诱发更高强度的冲击地压；王联合等[38]采用理