冲击地压是威胁我国煤矿安全生产的重大灾害之一，其中巷道冲击地压占80%以上。特别是近年来，冲击地压及其引发的大范围巷道垮落等次生灾害造成了重大伤亡，成为目前煤矿开采领域面临的主要难题。
　　《巷道冲击地压控制理论与技术》以巷道冲击地压防治为出发点，分析巷道冲击地压发生特点和矿压显现特征，提出巷道冲击地压应力控制理论，阐释冲击地压巷道锚杆支护原理、锚固承载结构抗冲原理等，开发了抗冲击锚杆支护系统及能量校核设计方法、高冲击韧性锚网索吸能减冲技术、“卸-支”协同防控技术等，介绍了我国部分典型矿井巷道冲击地压防治实例。《巷道冲击地压控制理论与技术》成果对我国煤矿开采巷道冲击地压防治和围岩控制具有一定的借鉴意义。

**篇巷道冲击地压防控理论
　　第1 章 巷道冲击地压概述
　　冲击地压是指井巷或回采工作面周围煤岩体，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，具有很强的破坏性，是煤矿重大灾害之一。
　　自1933年抚顺胜利煤矿发生冲击地压以来，我国有统计的冲击地压矿井数量超过200座，还在生产的冲击地压矿井数量140多座，冲击地压矿井分布遍及全国20个省及自治区［1］。随着近年来我国煤矿开采深度和开采强度的不断增大，动力灾害的发生频次和破坏程度显著增加，越来越多的矿井将面临冲击地压等动力灾害威胁。对全国数十个典型矿区的冲击地压事故情况统计分析表明，煤矿发生的冲击地压85%以上发生在回采巷道，尤其是回采巷道迎头70m范围内，在强冲击载荷作用下，支护结构突然失稳破坏，造成了大量的人员伤亡和财产损失［2-4］。
　　冲击地压危害巨大，并且具有越来越严重的趋势，世界范围内针对冲击地压的研究不断深入，如今已形成了比较系统的理论技术体系，总体来说可分为三个方面：发生机制、预警方法和防治技术。
　　在冲击地压发生机制方面，相关研究工作非常活跃，取得了诸多理论成果，如强度理论［5］、刚度理论［6］、能量理论［7］、冲击倾向理论［8］、“三准则”理论［9］、“三因素”理论［10］、变形系统失稳理论［11，12］、冲击地压启动理论［13］和扰动响应理论［14］等，进而衍生出诸如弱化减冲理论［15］与应力控制理论［16］等防控型理论成果。这些理论从不同角度揭示了冲击地压发生机理，对指导巷道冲击破坏灾害防治发挥了积极作用。
　　在冲击地压巷道的预警方面，一些新兴测试手段和预测技术被引入到冲击地压监测预警中来，形成较完整的监测预警系统［17-19］。冲击地压监测方法主要有直接监测法和地球物理方法两类。直接监测法包括钻屑法、钻孔应力法、矿压观测法等，主要以监测冲击地压发生前围岩变形、受力等特征为主［20-22］；地球物理方法主要包括电磁辐射法、微震法、地音法、震波CT（计算机断层扫描）探测技术、电荷感应监测等［23-28］。地音和微震都是通过接收煤岩体破坏时发出的能量信号来确定破坏的位置和能量级别，区别在于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。电荷感应监测和电磁辐射监测法均用以测定煤岩内应力集中的程度。震波CT探测技术是利用震动波反演煤岩体内应力分布情况。上述各方法中，钻屑法、微震法和地音法是较常用的冲击地压监测手段，目前广泛应用于我国冲击地压矿井冲击灾害的监测预警中。
　　在冲击地压防治技术方面，控制高应力产生和加强巷道抗冲击能力是*根本的策略，近年来冲击地压巷道支护理念的创新、巷道支护技术的发展和岩石水力压裂技术的运用对冲击地压防治技术起到重要推动作用。巷道冲击地压主要防治方法可概括为三类：一是通过优化开采布局避免冲击地压，包括无煤柱开采、合理布置巷道、宽巷掘进、解放层开采、预掘卸压巷、充填开采等［29-31］；二是对具有煤岩冲击突出危险的区域进行卸压解危，包括顶板区域水力压裂、坚硬顶板深孔爆破、大钻孔卸压法、煤层卸载爆破、煤层高压注水、底板切槽法等［32-37］；三是主动、被动支护相结合，刚性、柔性支护相搭配的支护方法，即增大支护强度或改善支护方式提高支护体抵抗冲击能力，如高强度高冲击韧性锚杆支护法、刚柔蓄能支护法、门式（或垛式）液压支架法、恒阻大变形锚杆（索）支护法等［38-43］。对于冲击地压巷道支护，国外主要采用巷帮充填和架后充填配套技术和工艺，国内主要采用高强锚杆支护、架棚、注浆和大吨位支架进行联合支护。
　　新中国成立75年来，特别是改革开放46年来，尽管我国在冲击地压理论与技术上取得了很多成果，但还存在诸多问题需要解决。冲击地压发生机理研究深入程度不够，对许多冲击现象解释不清，无法有效支撑冲击地压防治技术的需要；冲击地压监测技术需要进一步完善，在微震、应力、应变等传感器的精度、灵敏度及可靠性等方面尚不能完全满足工程的需要，监测信息的可视化、智能化与综合预警方面还有很长的路要走；冲击地压防治措施的针对性、有效性有待进一步提高。
　　1.1 冲击地压发生机理及防治技术的发展
　　有记载的冲击地压，以英国*早，发生于1738年，此后南非、苏联、德国、英国等20多个国家相继发生冲击地压事故。中国记载*早的冲击地压1933年发生在抚顺胜利煤矿，改革开放以前只有为数不多的几个煤矿发生过冲击地压事故，20世纪80年代前后，因开采深度的增加和“三硬（硬煤、硬顶、硬底）”条件煤层开采，冲击地压成为当时煤矿安全生产的主要灾害之一，冲击地压防治问题引起政府、企业和研究单位的重视。进入21世纪以后，煤矿开采深度不断增加，机械化水平大幅提高，煤矿开采强度显著加大，这些因素导致冲击地压灾害大幅增加，国家和企业加大对冲击地压治理的投入，冲击地压研究队伍大大增强，在理论、技术、装备和防治技术各方面都得到快速发展。
　　1.1.1 冲击地压理论
　　冲击地压发生机理是冲击地压研究中的*主要、*根本的内容。*早提出的冲击地压发生机理的是库克，库克于1951 年提出了强度理论，其后又提出了刚度理论、能量理论、冲击倾向性理论等，从而奠定了冲击地压的理论基础。我国对冲击地压的系统研究始于改革开放，先后提出了“三准则”理论、变形系统失稳理论和“三因素”理论等，进入21世纪后，又提出了强度弱化减冲理论、应力控制理论、冲击启动理论和冲击扰动响应失稳理论等。
　　1.强度理论
　　强度理论基于材料所受的应力达到其强度极限就会开始破坏这一认识，认为冲击地压是因煤岩体局部应力超过其强度而发生的，以此为基础逐步发展到以“矿体-围岩”系统为研究对象。近代冲击地压强度理论中，具有代表性的是布霍依诺提出的夹持煤体理论，认为煤体处于顶底板夹持之中，夹持特性决定了煤体-围岩系统的力学特性，产生冲击地压强度的条件是：煤体-围岩交界处和煤体本身达到极限平衡条件。在单轴抗压试验和矿山生产实践过程中，均出现试块或煤岩体承载应力超过其强度但并未发生冲击的情况。因此，强度理论只能从理论上解释煤岩体破坏的原因，并不能真正反映冲击地压发生的内在机理。为修正这一错误，近代强度理论提出了应力与强度之比的概念，指出煤岩体发生破坏的决定因素不仅是应力大小，同时与该比值密切相关。
　　2.能量理论
　　能量理论认为，发生冲击地压的基本前提是矿山开采中围岩力学系统平衡状态破坏后释放的能量大于所消耗的能量。60年代中期库克等人总结了南非15年冲击地压的研究情况后提出，随着采掘范围的不断扩大，围岩应力升高，储存能量增加，当矿体-围岩系统在其力学平衡状态破坏时，储存的部分能量得到释放，同时围岩破坏也会吸收能量，当所释放的能量大于消耗能量时，即产生冲击地压。以能量守恒的观点来看，煤岩体中所积聚的能量，一部分用于破坏煤岩体，另一部分则将破坏的煤岩体抛出。因此，用能量理论描述冲击地压发生原因是正确的，但早期的能量理论只能定性描述冲击地压发生机理，煤岩体积聚的能量和破坏所消耗的能量很难进行精确计算，因此能量理论可操作性不强。
　　3.刚度理论
　　刚度理论是库克等人在60年代基于刚性压力机进行单轴压缩试验时产生的现象提出的，认为试件的刚度大于试验机构的刚度时，破坏是不稳定的，煤岩体呈现突然的脆性破坏。70年代布莱克将此理论完善化，并用于分析美国加利纳矿的冲击地压问题。该理论认为，矿山结构（矿体）的刚度大于矿山负荷系（围岩）的刚度，是产生冲击地压的必要条件。近年来，佩图霍夫提出的冲击地压机理模型中也引入了刚度条件，并进一步将矿山结构的刚度明确为达到峰值强度后其载荷-变形*线下降段的刚度。刚度理论，实际上也是一种能量理论，揭示了促使破坏煤岩体失稳的能量的来源。
　　4.冲击倾向性理论
　　实践表明，同一矿井在几乎相同的自然地质和开采技术条件下，有些煤层会发生冲击地压，有些不发生。这说明产生冲击地压的煤岩体一般都具有一定的物理力学特性，决定于产生冲击破坏的能力。这种能力是煤岩介质的固有属性，称为冲击倾向性。冲击倾向性理论认为，煤岩体的冲击倾向性是冲击地压发生的内在因素，也是冲击地压发生的一种必要条件。
　　冲击倾向采用相应的指标或指标组加以度量即冲击倾向度，产生冲击倾向的条件是介质实际的冲击倾向度大于所规定的极限值。关于冲击倾向的理论和指标较多，主要有弹性变形能指数、脆性系数、脆性破坏系数、有效冲击能指数、极限能比、极限刚度比、破坏速度指数、应力应变时间特性指数、*大塑性变形速度等。
　　我国冲击倾向研究始于1978年，比国外晚了二三十年，但近二十多年来进展迅速，取得了一批高水平的科研成果，目前我国已建立了较实用的冲击倾向鉴定方法与指标。
　　5.“三准则”理论
　　根据强度理论、能量理论和冲击倾向性理论，李玉生等总结提出了冲击地压发生的“三准则”理论。该理论认为，强度准则是煤岩体的破坏准则，能量准则和冲击倾向性准则是煤岩体突然破坏的准则，只有当这三个准则同时满足才会发生冲击地压。
　　6.“三因素”理论
　　从冲击地压的致灾主导因素出发，齐庆新提出了冲击地压“三因素”理论，认为冲击地压发生过程实质上是具有冲击倾向性的煤岩体在高应力（包括自重应力、构造应力）的作用下*先发生变形，在采动应力的扰动下，沿煤岩结构弱面或接触面发生黏滑并释放大量能量的动力现象。该理论认为，冲击倾向性是“内在因素”、高度的应力集中或高度的能量储存与动态扰动是“力源因素”、煤岩体中软层的存在是“结构因素”，这三个因素是导致冲击地压发生*为主要的因素。之后齐庆新等又提出了冲击地压防治的应力控制理论，认为控制冲击地压灾害的实质就是改变煤岩体的应力状态或控制高应力的产生。
　　7.变形系统失稳理论
　　基于冲击地压是材料失稳的思想，章梦涛提出了变形失稳理论。认为冲击地压是煤岩体内高应力区的介质局部形成应变软化与尚未形成应变软化的介质处于非稳定状态时，在外界扰动下发生动力失稳的过程，并发展为冲击地压变形系统失稳理论。
　　8.扰动响应失稳理论
　　潘一山在变形失稳理论的基础上提出了冲击地压扰动响应失稳理论，明确了煤岩体变形系统控制量、扰动量和响应量的概念，分析了冲击地压扰动响应的失稳机理及条件，认为冲击地压是煤岩变形系统在扰动下响应趋于无限大而发生的失稳，若系统处于非稳定平衡状态，则无论扰动增量大小，都会导致系统失稳。
　　9.强度弱化减冲理论
　　窦林名等提出了冲击地压的强度弱化减冲理论，通过松散煤岩体，降低强度和冲击倾向性，应力高峰区向岩体深部转移，并降低应力集中程度，使发生冲击地压的强度降低，煤岩体中所积聚的弹性应变能达不到*小冲击能，从而防止冲击地压的发生。其实质是煤帮卸压，降低巷道里层围岩应力。
　　10.冲击启动理论
　　潘俊锋等提出了冲击地压启动理论，对冲击地压发生的过程和条件进行了描述，指出冲击地压发生将经历三个阶段，依次为冲击启动阶段、冲击能量传递阶段和冲击地压显现阶段。该理论认为，采动围岩近场系统内集中静载荷的积聚是冲击启动的共同内因；采动围岩远场系统外集中动载荷对静载荷的扰动和加载是冲击启动的外因。采场、巷道冲击启动实质是极限平衡区静载荷集中，外界动载荷起到促进作用，底板、煤壁只是能量传递与释放的载体。

目录
**篇 巷道冲击地压防控理论
第1章 巷道冲击地压概述 3
1.1 冲击地压发生机理及防治技术的发展 4
1.2 巷道支护技术的发展 10
1.3 冲击地压巷道支护技术的发展 17
参考文献 18
第2章 巷道冲击地压应力控制理论与技术 22
2.1 巷道冲击地压应力控制的概念 22
2.2 巷道围岩应力源分析 23
2.3 巷道冲击地压致灾力学分析 26
2.4 巷道冲击地压应力控制技术途径 32
参考文献 40
第3章 冲击地压巷道锚固承载结构理论 42
3.1 冲击地压巷道锚固承载结构及特征 42
3.2 动载扰动下巷道锚固承载结构的力学响应 46
3.3 巷道锚固承载结构冲击破坏演化 56
3.4 锚固承载结构冲击破坏准则 63
3.5 锚固承载结构冲击破坏力学判据 66
参考文献 71
第二篇 巷道冲击地压防治技术
第4章 冲击地压巷道锚杆支护技术 75
4.1 冲击地压巷道破坏特征及其支护特性 75
4.2 锚杆支护对冲击地压的适应性 76
4.3 冲击地压巷道锚杆支护作用原理 78
4.4 冲击地压巷道锚杆支护理念与原则 80
4.5 抗冲击锚杆支护系统的构成 82
4.6 冲击地压巷道锚杆支护能量校核设计方法 87
4.7 冲击地压巷道支护技术展望 98
参考文献 99
第5章 冲击地压巷道支护材料 101
5.1 冲击地压巷道支护材料的特性分析 101
5.2 高冲击韧性锚杆的抗冲击性能试验研究 102
5.3 不同结构金属网和高强锚索抗冲击性能研究 140
参考文献 156
第6章 冲击地压巷道“卸？支”协同防控技术 157
6.1 解危卸压对巷道围岩支护系统的损伤 157
6.2 巷道围岩支护系统的损伤评估 163
6.3 损伤巷道承载结构重塑技术 164
6.4 巷道冲击地压“卸-支”协同防控技术 167
参考文献 170
第7章 巷道冲击地压监测与预警技术 172
7.1 冲击地压监测预警技术发展状况 172
7.2 冲击地压主要监测技术及应用 177
7.3 冲击地压综合监测预警平台 209
参考文献 215
第三篇 巷道冲击地压防治工程案例
第8章 华亭矿区巷道冲击地压防治实践 219
8.1 矿井条件及巷道冲击地压概况 219
8.2 急倾斜特厚煤层水平分层开采矿压特征 226
8.3 冲击地压成因分析 246
8.4 冲击地压防治技术 249
8.5 冲击地压巷道支护设计与校核 253
参考文献 258
第9章 义马矿区巷道冲击地压防治实践 260
9.1 义马矿区巷道冲击破坏情况 260
9.2 千秋煤矿巷道冲击地压防治 261
9.3 常村煤矿冲击地压巷道高冲击韧性锚杆防冲技术 279
参考文献 294
第10章 高瓦斯多巷布置冲击地压防治实践 296
10.1 多巷布置工作面冲击地压显现特点 296
10.2 多巷布置工作面冲击地压载荷源演化全过程 298
10.3 多巷布置工作面冲击地压发生机制 307
10.4 多巷布置工作面冲击地压分步防治技术 312
参考文献 315
第11章 西部矿区巷道冲击地压防治实践 316
11.1 蒙陕矿区典型深部巷道冲击地压防治 316
11.2 新疆地区近直立煤层巷道冲击地压防治 324
参考文献 335