为有效防治冲击地压灾害，国内外学者对冲击地压发生机理和防治技术进行了大量而深入的研究，取得了丰硕成果。在冲击地压发生机理研究方面，除早期国外学者提出了强度理论、能量理论[1]、刚度理论、冲击倾向性理论[2-4]、应变软化理论[5]以外，自20世纪80年代以来，我国学者也相继提出了多种冲击地压理论，为进一步揭示冲击地压发生过程、必要条件等奠定了基础。“三准则”理论[6]指出，强度理论是煤岩体破坏的准则，能量理论和冲击倾向性理论是煤岩体突然破坏的准则，只有这3个准则同时满足才会发生冲击地压。失稳理论[7]认为，冲击地压是外界扰动下应变软化介质-非应变软化介质非稳定平衡状态的动力失稳过程。“三因素”理论[8]指出，冲击地压发生过程实质上是煤岩体受力时瞬间滑动失稳过程，煤体结构对冲击地压有重要影响。能量耗散理论[9]指出，冲击地压是煤岩体内能量的涨落达到一定值后出现的自组织现象。动静载叠加理论[10]认为，冲击地压是煤岩体动静载叠加作用的结果，其中静载集中是基础，动载扰动起诱发作用。启动理论[11]认为，冲击地压发生过程分为启动、冲击地压能量传递和冲击地压显现等3个阶段。蠕变冲击理论[12]认为，高地应力特厚煤层蠕变型冲击是外部高静态应力作用下不稳定蠕变通过强度“腐蚀”和应力解除导致巷道薄弱区域发生的失稳现象。煤层巷道蝶型冲击地压发生机理[13]认为，煤巷冲击地压是由于巷道围岩蝶形塑性区的蝶叶瞬时爆炸式扩展引起的。扰动响应失稳理论[14]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现象。
上述理论侧重于力源作用方式和煤岩体受载下破坏失稳过程。而从现场冲击地压防治角度来看，需要重视冲击地压力源的研究。齐庆新[15]、欧阳振华[16]指出，冲击地压均是应力作用导致煤岩体突然破坏的结果，类型不同只是因为应力的来源、大小和表现形式等要素不同而已。可见，力源一定程度上决定着冲击地压类型。分析我国几个严重的冲击地压矿区可以看出，除普遍存在的开采布局不合理造成应力集中诱发的冲击地压以外，冲击地压显现严重性还与区域性的地层结构、煤岩层赋存特点有密切关系。与我国其他矿区相比，巨野矿区在地层结构及煤层开采地表沉陷特征等方面都有一定的特殊性，而冲击地压与地层结构的关联性及冲击地压特点一直未得到深入探讨。笔者通过案例与现场监测数据分析、相似模拟试验，探讨典型深厚表土煤层冲击地压模式，以期为深厚表土煤层冲击地压防治提供理论依据。
1 煤矿冲击地压发生过程描述
1.1 外部力源驱动围岩结构诱发冲击地压
从能量演变的角度来看，冲击地压的发生是因为冲击倾向性煤层在低储能极限条件下具有较高的储能水平[17]。其中，冲击倾向性为煤层的冲击属性，是内在物理属性;低储能极限取决于围岩结构属性;储能水平取决于力源条件。从力的作用角度来看，冲击地压是力源条件决定的载荷作用于冲击倾向性煤层且当某一物理量达到其临界值后优势围岩结构发生失稳的过程。可见，冲击地压发生的必要条件包括外部力源和冲击倾向性围岩结构。外部力源条件是冲击地压发生的外因，冲击倾向性围岩结构条件是冲击地压发生的内因。当外因、内因都具备时，外部力源将驱动围岩结构中易失稳部位向采掘空间或巷道内冲击。井下煤层开采存在初始外部力源、附加外部力源等2类诱发冲击地压的外部力源和厚煤层围岩结构、中厚煤层围岩结构、薄煤层围岩结构、倾斜煤层围岩结构等4类易发生冲击地压的巷道围岩结构。
1.2 系统平衡状态突变诱发冲击地压
冲击地压是系统平衡状态的突变，即平衡状态被打破的过程。从系统平衡的角度来看，冲击地压是冲击力与阻抗力博弈之后获得的一种平衡状态。而打破这种平衡状态的外力来自扰动。即扰动对冲击地压起着触发作用。现场扰动主要来自采掘活动及顶板断裂、断层活化、爆破等产生的震动。而形成冲击力的力源主要为自重应力、构造应力、煤柱集中应力、采空区侧向转移应力等。这些力源的一种或几种叠加后，使冲击体的应力达到冲击地压发生的临界应力水平。因此，冲击地压除与煤体自身冲击倾向性有关外，还与形成冲击力的各种力源和形成触发作用的各种扰动有关。综合上述分析，可把冲击地压过程描述为“冲击力平衡受到扰动后触发冲击地压”，如图1所示。
图1 冲击地压过程描述示意
Fig.1 Schematic diagram describing process of rock burst
1.3 局部应力集中诱发冲击地压
除上述2种冲击地压发生机制以外，部分冲击地压的发生与局部应力集中有关。对于煤体内有软弱结构面、硬度变化等，易发生应力集中诱发型冲击地压。这类冲击地压发生的原因在于:受外部力源作用，煤体内部产生不均衡承载效应，软弱结构面两侧或硬煤区域产生应力集中和弹性能积聚，一旦受到扰动或积聚的弹性能达到临界，就可能发生冲击失稳。
可见，“应力”(包括集中应力、附加应力)是冲击地压发生的必要因素。其中，集中应力使煤层达到冲击地压临界平衡状态，附加应力触发这种平衡状态失衡。因此，根据主控性应力来源或类型可分析我国煤矿冲击地压的区域性特点。
2 我国煤矿冲击地压的区域性特点
当前，我国冲击地压灾害严重的矿区有济宁、兖州、巨野、新汶、乌鲁木齐、华亭、鹤岗、抚顺、阜新、彬长、鄂尔多斯等。这些矿区之所以称为严重冲击地压矿区，一方面与区域内发生过多次冲击地压事故或强烈显现有关，另一方面与区域内特有的采矿地质条件有关。根据各个严重冲击地压矿区的主控性应力来源，得到我国煤矿冲击地压的区域性特点如下:
(1)构造应力控制型。义马矿区、抚顺矿区的冲击地压灾害与构造应力有密切关系。义马矿区是我国最为典型的严重冲击地压矿区，先后发生了“2008.6.5”，“2011.11.3”，“2014.3.27”，“2015.12.22”等4次冲击地压事故。该矿区赋存1条落差为31～102 m的F16逆推断层，有“一断控五矿(常村煤矿、跃进煤矿、千秋煤矿、耿村煤矿、杨村煤矿)”之说。该断层倾角上陡下缓，上盘沿煤层长距离推滑，向上遇坚硬岩石发生刚性断裂，倾角变陡，使地层近乎直立。根据对义马矿区发生的107次冲击地压事件的统计，发生位置至F16逆推断层的距离小于1 000 m的有99次[18]。抚顺矿区也是我国严重冲击地压矿区之一，我国记录最早的冲击地压就发生在抚顺矿区的胜利煤矿，老虎台煤矿发生冲击地压位置最浅埋深为300 m，进入21世纪以来，先后发生了“2001.1.12”，“2003.5.3”，“2009.12.11”等多次冲击地压事故。该矿区整体上受F1和F1A断层控制，老虎台井田内的14条大断层和周围向背斜构造区是冲击地压密集发生区域，如矿区历史上最大震级达3.7级的冲击地压就发生在老虎台矿井西部F25断层附近[19]。
(2)自重应力控制型。新汶矿区是我国具有超千米开采矿井最多的矿区[20]，拥有最大采深达1 518 m的孙村煤矿，受冲击地压灾害威胁大，先后发生了“2006.9.9”[21]，“2012.3.12”[18]等冲击地压事故。该矿区开采深度大，煤层自重应力达到了冲击地压临界应力条件，受采掘扰动触发作用后极易发生冲击地压。
(3)煤柱应力集中型。鹤岗矿区、阜新矿区不是全国开采深度最大的矿区，但都属于严重冲击地压矿区，先后发生了“2013.1.12”[22]，“2013.3.15”[23]，“2016.9.25”[24]等多次冲击地压事故。这几次冲击地压事故都发生在邻层煤柱集中应力影响区或本层煤柱集中应力影响区。
(4)厚硬顶板控制型。厚硬顶板对冲击地压的影响主要体现在层位影响、力源影响。厚硬顶板至煤层的距离越大，采场覆岩载荷转移范围越大，导致支承压力影响范围越大;厚硬顶板至煤层距离较小时，直接顶冒落不能充实采空区，导致厚硬顶板破断回转形成的冲击载荷大和扰动大;厚硬顶板不破断时将向周围传递应力，形成支承压力影响，破断时将伴随有动载传递，形成煤层附加应力。兖州矿区、济宁矿区、彬长矿区易发生厚硬顶板控制型冲击地压，如兖州矿区煤层上方赋存有数百米的砾岩层或砂岩层，彬长矿区煤层顶板赋存有数百米的洛河组岩层，济宁矿区煤层上方不远处赋存有厚20 m左右的砂岩层，这些矿区属于我国严重冲击地压矿区，先后发生了“2004.9.6”[25]，“2004.11.30”[26]，“2005.1.3”[27]，“2009.2.28”，“2014.9.9”，“2017.2.3”等多次冲击地压事故与显现。
(5)水平应力控制型。华亭矿区的华亭煤矿开采向斜东翼倾角为45°、平均厚度为51.5 m的急倾斜特厚煤层时先后发生“2004.6.8”，“2005.5.31”等冲击地压事故[28];乌鲁木齐矿区的乌东煤矿开采向斜南翼倾角为87°、平均厚度分别为48和37 m的B3-6和B1-2煤层时先后发生“2013.7.2”，“2013.9.18”等冲击地压事故[29]。上述煤矿都采用急倾斜特厚煤层水平分段综放开采工艺，发生事故区域埋深都不大，如华亭矿区开采深度约600 m，乌东煤矿开采深度约300 m，但水平应力大，如华亭矿区砚北煤矿测定结果显示水平应力为垂直应力1.77～2.34倍[30]，乌东煤矿测定结果显示水平应力为垂直应力的2倍。
(6)侧向支承压力控制型。鄂尔多斯矿区已成为我国严重冲击地压矿区之一，自2017年开采沿空工作面以来，累计发生数十次冲击地压显现，如门克庆煤矿3102回采工作面2017-09-09—12-05发生冲击地压16次[31]，纳林河二号煤矿31102回采工作面2017-08-19—12-10期间发生冲击地压5次[31]，葫芦素煤矿21103回采工作面2017-02-06—11-18发生冲击地压4次，其中“2017.11.18”冲击地压造成回风巷超前60 m范围破坏，30根锚杆、15根锚索破断，机尾出口被堵，损坏单体10根。该矿区冲击地压都发生在留设宽度为30～35 m区段煤柱的沿空巷道[31-32]，主要受上区段采空区侧向支承压力与工作面超前支承压力叠加影响。
(7)深厚表土地层控制型。巨野矿区是典型的深厚表土层矿区，东北部表土层厚400 m，西南部表土层厚406～776 m，平均厚600 m。该矿区也是我国最为严重的冲击地压矿区之一，投产的7处煤矿中有4处发生过冲击地压事故，2012年以来先后发生“2012.3.31”[18]，“2015.7.29”[33]，“2016.8.15”[34]，“2018.10.20”，“2020.02.22”等5次冲击地压事故，累计造成29人死亡，破坏巷道超千米。钻孔柱状显示，巨野矿区煤层上方没有巨厚坚硬顶板，开采深度基本处于千米以内。地表沉陷观测结果表明，地表起动距小(约70 m)，地表移动持续时间长(超过2 a)，波及范围广(影响半径超过500 m)。初步分析认为，厚表土层的加载是深厚表土层矿区冲击地压严重的重要原因之一。
3 典型深厚表土煤层冲击地压特征
3.1 深厚表土煤层冲击地压案例
2012-03-07 T22:08，巨野矿区某矿1302工作面下平巷超前31.0～61.4 m发生冲击地压，造成超前31～51 m实体帮整体外移0.4 m，超前51～58.5 m实体帮中下部钢筋网撕裂，煤体抛至沿空帮，超前58.5～61.4 m实体帮中下部松动、鼓帮。此时，工作面回采496.4 m，接近双工作面见方位置。微震定位结果显示，震源位于工作面超前40.5 m、下平巷里侧90.8 m、煤层上方50 m处(图2)，震级达1.77级。2012-04-04，1302工作面下平巷超前150 m处的30号应力测站的应力值开始上升，此时工作面回采591 m。应力监测系统于2012-04-07开始发出黄色预警(阈值:10 MPa)，2012-04-09开始发出红色预警(阈值:12 MPa)，期间在该区域实施了卸压解危措施，该测站应力值于2012-04-12下降至预警值以下，预警解除，如图3所示。1302工作面属于深厚表土工作面，覆岩基岩层厚为109 m，表土层厚697 m。
图2 1302工作面平面图和冲击地压位置
Fig.2 Plan of LW 1302 and rock burst areas
图3 30号测站垂直应力变化曲线
Fig.3 Vertical stress change curves of station No.30
图4为1302工作面对应地面的P21地表沉陷观测点下沉速度曲线。P21观测点位置如图2所示，距1302工作面开切眼671.4 m。第1次地表沉陷观测时间为2011-10-07，以后按间隔14 d进行了周期性观测。2012-03-07冲击地压发生时，P21测点距工作面175 m。从图4可以看出，P21测点下沉状态可分为缓慢下沉、快速下沉、急速下沉等3个阶段;当P21测点至工作面距离大于285 m时，其下沉速度为0～1.64 mm/d，处于缓慢下沉阶段;当P21测点至工作面距离为211～285 m时，其下沉速度为4.00～5.13 mm/d，处于快速下沉阶段;当P21测点至工作面距离小于211 m时，其下沉速度显著增大，如至工作面距离为170 m时(2012-03-09)，下沉速度达到9.71 mm/d，已经进入急速下沉阶段。可见，2012-03-07冲击地压是工作面回采至双工作面见方时覆岩大范围剧烈运动所致。
图4 P21观测点下沉速度曲线
Fig.4 Subsidence velocity curves of P21 monitoring point
另外，至2012-04-04工作面回采591 m时，30号应力测站应力值开始上升，工作面停止回采，开始在应力测站区域实施卸压解危措施，但应力值持续上升，直到2012-04-12预警解除，而在此期间P21测点正处于急速下沉阶段。考虑到30号应力测站至工作面距离为150 m和地表急速下沉特征，判定此次冲击地压预警是由表土层持续移动所致。
3.2 深厚表土煤层冲击地压模式
从1302工作面2012-03-07冲击地压及2012-04-07冲击地压预警与地表下沉速度变化的关联性可以看出，深厚表土煤层冲击地压具有这一显著特征:深厚表土煤层回采造成的覆岩整体失稳促使煤层应力瞬间达到冲击地压临界应力，发生一次大能量冲击地压;此后表土层的持续变形和移动促使煤层应力缓慢增长，达到冲击地压临界应力条件时再次发生冲击地压。可见，深厚表土煤层冲击地压特征与煤层应力演化特征相关。
深厚表土煤层应力演化特征如图5所示:① 厚表土层作为载荷作用于基岩层，基岩层破断造成覆岩整体运动，导致煤层应力瞬间达到峰值σⅠ;② 表土层持续变形和移动导致煤层应力在“峰值”后不断增长，并达到σⅡ;③ 煤层应力σ演化呈“单峰+增长”的特点，可表示为煤层埋深H、基岩运动特征D、表土层位移特征U和时间t的函数，即σ=f(H，D，U，t)。因此，对于深厚表土煤层，tⅠ，tⅡ时刻都可能发生冲击地压，但两次冲击地压模式不同，如tⅠ时刻的冲击地压模式为“覆岩结构运动→煤层应力演化→冲击地压”，tⅡ时刻的冲击地压模式为“地层变形→煤层应力增长→冲击地压”，前者属于“瞬时冲击”，后者属于“延时冲击”。
图5 深厚表土煤层应力演化特征
Fig.5 Evolution characteristics of stress in coal seam under thick alluvium
4 深厚表土煤层回采相似模拟试验
4.1 工程背景与相似材料模型
巨野矿区某矿2301工作面回采煤层厚度为10 m，回采深度为704 m;煤层顶板基岩厚度为56 m，松散表土层厚度为638 m，属于典型的深厚表土煤层回采。根据煤岩层与表土层赋存特征、相似材料模拟实验台尺寸和开挖速度，确定几何相似常数为200，基岩和松散表土层的容重相似常数分别为1.56和1.67，基岩和松散表土层的应力相似常数分别为312和334，时间相似常数4.47。相似模拟试验在2.0 m×1.4 m×0.3 m的相似材料模拟实验台上进行，铺设模型高度为125 cm，其中煤层底板厚6 cm，煤层厚5 cm，顶板基岩厚28 cm，松散表土层厚为86 cm，其余松散表土层作为均布载荷通过液压千斤顶加载至模型顶部。相似材料模型如图6所示。为分析煤层应力演化与上覆岩土层运动之间的关联性，在煤层底板按间隔15 cm布置了8个应力传感器，其中1号传感器布置位置距离回采起始位置25 cm。模拟煤岩层以河沙为骨料，碳酸钙和石膏混合作为胶结料，河沙、碳酸钙、石膏的质量比见表1;表土层以河沙和锯末混合为骨料，碳酸钙作为胶结料，河沙、锯末、碳酸钙的质量比为8∶1∶1。
图6 相似材料模型
Fig.6 Similar simulation model
4.2 深厚表土煤层回采上覆岩土层运动特征
图7为各回采阶段上覆岩土层运动最终状态。从图7可以看出，回采40 cm时，垮落带高度为7 cm;回采45，50 cm时，垮落带高度分别为12，14 cm;回采55 cm时，垮落带高度仍为14 cm;回采60 cm时，离层发展至煤层上方21 cm处;回采65，70 cm时，离层仍停留在煤层上方21 cm处;回采75 cm时，离层发展至松散表土层，距离煤层34 cm;回采80 cm时，离层发展至煤层上方37 cm处，此后一直到回采95 cm，离层一直稳定在煤层上方37 cm处;回采100 cm时，离层发展至煤层上方40 cm处;回采105 cm时，离层发展至煤层上方60 cm处;回采110 cm时，离层发展至煤层上方65 cm;回采115 cm时，离层仍稳定在煤层上方65 cm处;回采120 cm时，上覆岩土层发生整体运动，岩层移动发展至模型顶部;回采125，130 cm时，上覆岩土层保持稳定;回采135 cm时，上覆岩土层再次发生整体运动。可见，回采过程中上覆岩土层运动范围和离层发育高度整体上随回采距离增大而向上发展，但存在“平台效应”，如图8所示。另外，覆岩运动发展至顶板基岩顶层后，松散表土层并未整体垮塌，而是存在拱形结构，随着回采范围增大，松散表土层运动范围也向上发展，但到达模型顶部后，随着回采范围的再次扩大，松散表土层发生周期性整体失稳。
表1 相似模拟材料配比
Table 1 Similar materials ratio
序号岩性岩层厚度/m模型厚度/cm配比序号岩性岩层厚度/m模型厚度/cm配比1黏土14472.08∶1∶18细砂岩31.58∶5∶52黏土岩84.011∶7∶39细砂岩63.09∶7∶33砂质黏土岩94.510∶8∶210泥岩31.59∶8∶24泥质粉砂岩63.010∶7∶311煤105.09∶8∶25泥质细砂岩84.010∶8∶212泥质粉砂岩42.07∶7∶36中砂岩和泥岩21.09∶6∶413粉砂岩84.07∶5∶57细砂岩115.59∶7∶3
图7 相似模拟试验上覆岩土层运动状态
Fig.7 Movement state of overlying strata after simulated excavation
除上述运动特征外，离层发展至松散表土层后，在某一回采阶段，表土层移动表现出滞后特征。图9～11所示分别为回采75，80，110 cm时上覆岩土层离层位置。从图9中可以看出，回采75 cm时离层发展至煤层上方34 cm处，沿回采方向发育最大的离层处于煤层上方28 cm处，停止回采20 min后，位于煤层上方34 cm处的离层长度变大，其下方表土层结构垮落。从图10中可以看出，回采80 cm时离层上方表土层开始弯曲;停止回采5 min后，基岩层再次发生破断，出现新的离层;停止回采15 min后，基岩层运动效应传递至表土层，表土层离层下方出现裂缝;停止回采30 min后，表土层中原离层闭合，煤层上方37 cm处产生新离层。从图11中可以看出，回采110 cm时，离层发展至煤层上方62 cm处;停止回采35 min后，该离层闭合，煤层上方65 cm处产生新离层。
图8 相似模拟试验离层高度演化
Fig.8 Evolution of separation height after simulated excavation
图9 回采75 cm时离层位置
Fig.9 Separation positions with a mining distance of 75 cm
图10 回采80 cm时离层位置
Fig.10 Separation positions with a mining distance of 80 cm
图11 回采110 cm时离层位置
Fig.11 Separation positions with a mining distance of 110 cm
4.3 煤层垂直应力演化特征
图12为回采55～60 cm时4号传感器压力值变化曲线。4号传感器距回采起始位置70 cm。从图12可以看出，回采55～60 cm期间4号传感器压力值出现2次峰值，对照图7可知，这2次应力峰值都是煤层顶板破断回转导致的载荷转移所致;回采55 cm时，4号传感器距离回采位置15 cm，此时应力值虽达到峰值，但峰值较小;回采60 cm时，4号传感器距离回采位置10 cm，此时应力值达到较大的峰值。可见，顶板运动将导致煤层垂直应力演化，超前影响范围超过15 cm，超前垂直应力峰值距回采位置约10 cm，若此时煤层垂直应力达到冲击地压临界应力，将发生瞬时冲击地压。
图12 4号传感器压力值变化曲线
Fig.12 Pressure value change curve of No.4 sensor
图13为回采80 cm时5号传感器压力值变化曲线。5号传感器距回采起始位置85 cm，距该阶段回采位置5 cm。从图13可以看出，5号传感器压力值出现4次峰值，对照图10可知，第Ⅰ次应力峰值是回采80 cm处时煤层顶板小范围破断导致的载荷转移所致，应力峰值较小;第Ⅱ次应力峰值是停止回采5 min时煤层顶板大范围破断导致的载荷转移所致，应力峰值大;第Ⅲ次应力峰值是停止回采15 min时上覆表土层变形导致的应力持续增长所致;第Ⅳ次应力峰值是停止回采30 min时上覆表土层变形导致的应力持续增长所致;第Ⅱ次应力峰值与第Ⅲ次应力峰值之间及第Ⅲ次应力峰值与第Ⅳ次应力峰值之间存在明显的应力增长过程。可见，上覆基岩层运动及表土层变形都能够导致煤层应力演化，若该阶段的第Ⅰ，Ⅱ次应力峰值达到冲击地压临界应力，将发生瞬时冲击地压，若第Ⅲ，Ⅳ次应力峰值达到冲击地压临界应力，将发生延时冲击地压。
图13 5号传感器压力值化曲线
Fig.13 Pressure value change curve of No.5 sensor
图14 7号传感器压力值化曲线
Fig.14 Pressure value change curve of No.7 sensor
图14为回采110 cm时7号传感器压力值变化曲线。7号传感器距回采起始位置115 cm，距该阶段回采位置5 cm。从图14可以看出，7号传感器压力值出现3次峰值，对照图11可知，第Ⅰ次应力峰值是回采110 cm处时上覆岩土层大范围运动导致的载荷转移所致，应力峰值大;第Ⅱ，Ⅲ次应力峰值是停止回采35 min内上覆表土层变形导致的应力增长所致，且第Ⅱ次应力峰值与第Ⅰ次应力峰值之间及第Ⅲ次应力峰值与第Ⅱ次应力峰值之间存在明显的应力增长过程。与图13揭示的煤层冲击地压特征相同，该阶段的第Ⅰ次应力峰值可能诱发瞬时冲击地压，第Ⅱ，Ⅲ次应力峰值可能诱发延时冲击地压。
5 深厚表土煤层冲击地压监测对策
针对深厚表土煤层回采存在两种典型冲击地压模式及其加载机理，为有效防治冲击地压，需开展针对性的“内-外场”监测。内场监测对象是煤层应力变化，而外场监测对象为上覆岩土层运动。具体对策如下:
(1)构建应力-震动-位移一体化监测体系。在回采工作面两回采巷道内帮按一定间距布置应力测点，采用实时在线监测方式实时监控回采工作面煤体应力变化趋势;在采场周围布置微震传感器，实时监测覆岩运动前兆及伴随的震动信息;在地表沿回采工作面倾斜方向和回采方向分别布置岩移观测线，采用实时在线监测方式监控地表下沉量及下沉速度变化。
(2)开展多参量预警。煤体应力变化是冲击地压最为直接的、临场预警指标，但相对于覆岩结构运动和表土层位移等外场指标，其具有滞后性。因此，应针对性开展应力与其他物理量的联合预警，如针对瞬时冲击地压，开展应力-震动多参量预警，尤其需要根据震动信息判别覆岩结构运动前兆及特征，从而提前对这类冲击地压进行预警;针对延时冲击地压，开展应力-地表下沉速度预警，尤其需要根据地表下沉速度判断表土层变形特征，从而超前对这类冲击地压进行预警。而现场实践中很难分清两类冲击地压发生时间及区域，为此，可开展应力-震动-位移多参量预警。
(3)确定合理的预警阈值。当前冲击地压预警多采用“阈值法”预警方式，即某监测物理量的监测值达到设定的预警阈值时，监测系统发出预警信息。根据现场实践经验，煤体应力预警阈值为初始值1.5～2.0倍，即当初始值为5 MPa时预警阈值为7.5～10.0 MPa;震动、地表下沉速度的预警阈值与岩层赋存条件及地层结构有关，现场可通过统计分析一段时间内日微震能量、地表下沉速度变化规律后，采用数理统计方法进行确定。
6 结 论
(1)结合工程案例和我国煤矿冲击地压区域性特点，将冲击地压类型完善为构造应力控制型、自重应力控制型、煤柱应力集中型、厚硬顶板控制型、水平应力控制型、侧向支承压力控制型、深厚表土地层控制型。
(2)结合冲击地压案例和地表沉陷观测数据，揭示了典型深厚表土煤层冲击地压特征:上覆岩土层整体失稳促使煤层应力瞬间达到至冲击地压临界应力，发生大能量冲击地压;此后表土层的持续变形和移动促使煤层应力缓慢增长，达到冲击地压临界应力时再次发生冲击地压。
(3)研究了典型深厚表土煤层瞬时冲击和延时冲击模式，揭示了两种冲击地压模式加载机理分别为“覆岩结构运动→煤层应力演化→瞬时冲击”和“地层变形→煤层应力增长→延时冲击”。
(4)由相似模拟试验得出，典型深厚表土煤层回采过程中离层发育高度与回采距离有关，但具有明显的“平台效应”，煤层应力演化与离层发育有关，但相对于回采距离具有明显的滞后性，很好的验证了典型深厚表土煤层冲击地压模式。
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