中国煤田地质的显著特点是成煤盆地类型多样、煤系后期改造强烈、煤层赋存条件复杂，煤田构造格局在很大程度上决定了煤炭资源开发的难易程度。煤与瓦斯突出、矿井突水、冲击地压、冒顶等是威胁煤炭安全生产的主要动力地质灾害，这些动力地质灾害是静态地质环境与开采扰动耦合作用的结果，采动破坏了矿井地质环境原有平衡状态，地质环境中积聚的能量瞬时爆发，导致动力地质灾害发生。影响煤矿动力地质灾害的地质因素有很多，包括地质构造、煤层与围岩结构、水文地质、工程地质、瓦斯、地温和地压等等，人们早已认识到构造因素对煤矿动力地质灾害的重要控制作用，开展了大量研究工作，取得丰硕成果[1-12]，相继提出煤矿瓦斯赋存地质构造逐级控制理论[13]、煤与瓦斯突出预测和冲击地压预测的地质动力区划方法[14]。我国在全球大地构造格架中的特殊位置导致中国煤田构造格局的复杂性和时空差异性，构成影响煤炭资源赋存状态和开采条件的首要地质因素[15-17]，加强煤矿动力地质灾害的区域构造背景研究，将有助于深化对动力地质灾害成因机理和分布规律的认识，为煤矿动力地质灾害的科学预测和有效防治提供基础依据。
1 地质构造对煤矿动力地质灾害的控制
1.1 影响煤矿动力地质灾害的主要构造因素
煤属于典型的沉积矿床，成煤期后复杂的构造运动，使成煤原型盆地遭受不同程度的分解破坏、叠合反转[16,18]，形成于煤盆地中呈近水平连续展布的含煤岩系经历后期构造运动，发生变形和变位，被分割为大小不等、埋深不同的赋煤块段(煤田、矿区和井田)，成为资源勘查和开发的对象[19]。现代构造地质学研究包括几何学(构造形态与构造样式)、运动学(构造形成路径与演化历史)和动力学(构造成因与构造应力场)3方面[20]，区域构造背景通过构造变形产物、构造形成过程和应力-应变分布等方式决定煤矿床的赋存状态和动力环境，从而影响煤矿动力地质灾害发生的风险程度。通过实例研究和理论分析，可以将主要致灾构造因素归纳为断层构造、褶皱构造、构造复杂程度、构造活动性、煤变形-变质特征、煤层赋存深度等六大类，各类致灾因素对不同地质灾害的影响程度不同(表1)。
表1 影响煤矿动力地质灾害的构造因素
Table 1 Structural factors affecting dynamic geological disasters in coal mines
构造因素动力地质灾害煤与瓦斯突出突水冲击地压冒顶片帮断层构造+++++++++++褶皱构造+++++++++构造复杂程度++++++++++构造活动性++++++++++煤变形-变质+++++++煤层赋存深度++++++++++++
注:+++为显著影响;++为影响;+为轻微影响。
1.2 断层构造
断层构造的致灾效应主要体现在断层的力学性质与断层的几何特征等两方面。前者体现在断层作为力学性质不连续界面和软弱带，造成断层两盘岩性和应力-应变突变，在采动应力叠加作用下，原有平衡状态破坏，断层以不同方式重新活动引发动力地质灾害。后者表现为断层产状、规模等要素对动力地质灾害发生可能性的影响。
矿井断层构造对瓦斯突出具有极为重要的控制作用[1]，CAO等(2001)通过平顶山4个矿与逆断层相关的瓦斯突出现象分析，发现突出几乎都发生在逆断层的下盘，认为与下盘煤层强烈的构造变形密切相关[21]，刘咸卫等(2001)通过北票煤田瓦斯突出事故的统计分析，认为正断层对突出的影响比逆断层更为重要[22]。逆冲推覆构造中主断层倾角极缓、上盘逆冲岩席规模往往较大，可形成区域性封盖条件而有利于瓦斯保存，使突出危险性增加[23]。层滑构造(顺层断层)是煤矿中较发育的构造样式，对瓦斯赋存具有重要的控制作用,如四川白皎井田的120次煤与瓦斯突出中，65%发生在层滑构造带[5]。
断层构造是造成矿井突水的重要原因之一，大量突水事例表明，断层构造往往是构成各种水源进入矿井的通道，引发矿坑突然涌水甚至大规模淹井事故[6-7]，如河北的峰峰、井陉矿区的多次突水大多为断层突水或断层破碎带突水成因[24]。断层导水性与断层的力学性质密切相关，压性或压扭性断层破碎带窄且致密、透水性弱;张性或张扭性断层断裂破碎带疏松、透水及富水性强，易造成突水[7]。华北石炭—二叠纪煤系下伏奥陶系灰岩含水层往往处于高承压状态,常通过构造裂隙、断层或陷落柱与煤系含水层产生水力联系，以断层作为突水通道的煤矿突水事故占总数的80%以上[25]。断层的存在不仅降低了岩体的强度，其上、下盘相互错动缩短了煤层与含水层之间的距离[24]，如霍州矿区断层使煤层及顶底板含(透)水层基本与灰岩对接，灰岩水可能通过断层通道补给煤层上覆含(透)水层，回采后顶板垮落形成采空区突水[26]。
潘一山等(2003)我国冲击地压分为煤体压缩型、顶板断裂型和断层错动型等3种类型[27]，近年来的一个重要研究进展就是发现了断层类型与冲击地压的相互作用机制[8],姜福兴等(2010)提出了断层类型与冲击地压的相互作用机制，工作面过正断层时为减压型，一般不易发生冲击地压;工作面过逆断层时为增压型，容易引发强烈的冲击地压[28]。王书文等(2019)则认为，由于正断层内没有能量积聚，其诱发冲击地压主要是构造应力与采掘扰动应力的叠加，采掘工程开挖后，正断层下盘进一步发生应力集中诱发冲击地压[29]。
1.3 褶皱构造
在含煤岩系所处的浅层次或中浅层次构造域中，受顺层挤压形成的纵弯褶皱实最常见的褶皱成因类型。纵弯褶皱不同部位的应力-应变分布呈规律性变化，根据中和面理论，褶皱核部内侧(中和面之下)处于挤压状态，是地应力和瓦斯压力集中区域，背斜核部外侧(中和面之上)处于拉伸状态，形成垂直层面的张裂，造成围岩结构破坏;纵弯褶皱发育过程中，顺层剪切的弯滑和弯流作用使煤层发生强烈变形和固态流变，上述因素均不同程度地影响动力地质灾害发生的趋向性。
韩军等(2008)认为向斜构造同时具备的高地应力、高瓦斯压力(含量)和构造煤发育等3个因素，是其发生煤与瓦斯突出的主要原因[30]，姜波等(2019)认为，在向斜的两翼和轴部应力作用较为强烈，强变形构造煤发育，是瓦斯突出的危险区域，而背斜轴部的次级应力为垂直轴向的拉张，有利于瓦斯的运移和散失且构造煤不发育，瓦斯突出危险性相对较弱[1]。王生全等(2006)基于褶皱中和面效应对煤体结构破坏类型的控制规律研究，提出了中和面之上背斜上层瓦斯逸散型、向斜上层瓦斯聚集型和中和面之下背斜下层瓦斯聚集型、向斜下层瓦斯逸散型4种类型[31]。
由于向斜轴部应力集中，统计资料表明煤矿冲击地压常发生在向斜轴部[8]。据陈国祥等(2008)研究，向斜、背斜内弧的波谷和波峰部位呈现水平压应力集中，易发生片帮;向斜、背斜外弧的波谷和波峰部位呈现拉应力集中，易发生冒顶和冲击地压[32]。王存文等(2012)将褶皱各部位受力状态分为5个区，其中向斜轴部、背斜轴部、翼部是冲击地压的易发区[9]。
1.4 构造复杂程度
构造复杂程度通常用构造密度(褶皱、断层)、构造方位(多组交织)、构造期次等定量参数来表示[1,33-34]。构造复杂程度反映了地质体非均质性和力学性质的差异性，一般说来，随着构造复杂程度的增大，煤矿动力地质灾害的危险性增大。如断裂密度加大导致岩层破碎，岩石力学性质差，顶板裂隙发育则会将上覆含水层水导入采掘空间，且顶板易松动垮落发生冒顶灾害;底板断层密度大，不足以抵抗高承压水则会发生底板突水。
SHEPHERD等(1981)分析了发生在欧洲、北美、亚洲和澳大利亚的瓦斯突出，认为90% 以上都集中在褶皱、断层和裂隙带、强构造变形附近带等构造复杂区域[11]。王生全等(1989)以南桐煤矿5号煤层为例，开展了小型地质构造带预测，指出小型地质构造带既是各项地质指标在同地段的同步变化带，又是小断层密集带，而煤与瓦斯突出主要发生在小型地质构造带上[35]。何俊等(2002)研究表明断层分维和褶曲分维与瓦斯突出危险性之间存在正相关关系[4]。张晓东等(2001)认为煤与瓦斯突出突出与构造复杂程度呈正比，并划定了构造复杂程度系数的突出临界值[36]。
刘伟等(2019)分析了矿井构造复杂程度与矿井涌(突)水的耦合关系，表明断裂分维值、断层强度指数和褶皱平面变形系数越大，涌(突)水点分布越密集[37]。张春光等(2011)以淮北祁南井田为例，运用分形分维理论，采用容量维对祁南井田构造复杂程度进行了定量评价，并进一步分析了构造分形定量评价与矿井突水的关系，发现分维值越大(构造越复杂)、突水点的分布就越密集[38]。
1.5 构造活动性
构造活动性是指现今构造运动和构造应力特征。构造活动性显著区域的地壳稳定程度差，区域挤压应力场背景下，容易发生煤与瓦斯突出、冲击地压、围岩变形等动力地质灾害;区域拉张应力场构成相对开放的构造背景，容易发生矿井突水灾害。由煤矿褶皱、断层、岩层陡变带和岩性突变等形成的应力集中带则是动力地质灾害发生的直接原因[39]，构造应力集中带积聚了大量的弹性能，在动态的采动应力场触发下，极易失稳，能量瞬时释放，引发动力地质灾害。
我国多个矿区的开采实践及监测分析表明，构造活动区或活动断裂分布区易发生煤和瓦斯突出、冲击地压、巷道变形、矿井突水等煤矿动力地质灾害[12，40-41]。近年来一项有意义的工作就是发现了天然地震与冲击地压、煤与瓦斯突出等煤矿动力地质灾害之间联系，天然地震与矿井动力灾害同受区域地壳构造活动和应力场的影响，具有相同的动力源和能量基础。张建国等(2019)发现平顶山东部矿区天然地震的震级和发生频次空间分布与煤与瓦斯突出等矿井动力灾害具有明显相关关系，反映不同级别的活动断裂对煤与瓦斯突出的控制[42]。陈波(2016)对2000—2006年期间发生的5 825起煤矿灾害进行了空间定位，与中国大陆同期发生天然地震活动按照时空顺序进行了“回放”，发现48.7%的煤矿灾害呈现典型的丛集特征，认为大量伴随煤矿灾害的微地震有可能成为煤矿灾害前后构造应力场发生扰动并致灾的地球物理证据[43]。
煤矿动力地质灾害风险与现今应力方位和应力强度有关，京西煤矿地应力测量表明，区域主应力方向与井田内局部应力方向相同时,则发生应力的叠加，形成冲击地压[44]。
1.6 煤层变形-变质特征
煤是一种对温度、压力等地质环境因素特别敏感的有机岩，煤层形成后经历的各种构造-热事件，无一不在煤层形态和物质成分变化方面留下深刻的烙印，引起结构、构造和煤级的变化[45]。中国煤田构造格局复杂，煤层变形-变质时空差异显著，对动力地质灾害发生具有不同程度的影响。
煤体结构变形是发生煤与瓦斯突出的必要条件。褶皱、断层尤其是层滑等矿井构造导致煤体变形，形成不同类型的构造煤，随着煤体结构变形程度的增大，构造煤的孔容、比表面积以及瓦斯吸附能力增强，透气性降低，形成高瓦斯富集区，大量的突出点调查统计表明，几乎所有发生煤与瓦斯突出的煤层都发育有一定厚度的构造煤[46-47]。我国煤田地质和矿井地质工作者在构造煤成因机制与控制因素、构造煤分类与分布规律、构造煤物理化学性质与瓦斯赋存关系的等诸多方面开展了大量研究工作，取得丰硕成果[1,3,46-51]。深入研究不同构造作用下煤体变形特征及构造煤分布规律，揭示不同类型构造煤的瓦斯地质特征，是瓦斯赋存规律研究及突出预测的基础性工作和核心内容。除煤体结构之外，煤变质程度也是影响煤与瓦斯突出危险性的因素之一，瓦斯(煤层气)含量和煤体吸附性与煤变质程度密切相关[52]，低煤阶(褐煤)和高煤阶(超无烟煤)瓦斯含量低、突出危险性较小，前者如我国西北和内蒙东部广大低变质烟煤和褐煤分布区，后者包括华南东部闽西南、赣南、湘南超无烟煤-煤系石墨分布区。
赵毅鑫等(2007)和姜耀东等(2015)研究发现:煤的冲击倾向性与煤的细观结构特征紧密相连，可以用煤体微晶参数来判断煤层冲击倾向性的大小，微晶参数值越大，表明冲击的危险性越大[8,53]。
1.7 煤层赋存深度
煤层赋存深度是成煤后多期构造运动综合作用的结果，煤层现今埋藏深度与动力环境密切相关，垂向上地应力梯度发生变化、煤层承受的自重应力、流体压力和地温等随深度增加而增加，煤岩体中积聚的弹性能也随之增加，发生煤与瓦斯突出、冲击地压、高承压岩溶水突出、软岩大变形等动力灾害的危险性明显加大，事故频度和强度也明显增加[54-55]。
深部煤层开采受高地应力影响、瓦斯压力达到高峰，煤岩体会聚集较高的气体能量，同时煤岩层透气性变差，造成瓦斯含量高、压力增大，在采掘扰动的作用下，煤与瓦斯复合动力灾害风险加剧，成为煤矿安全生产的重要威胁[56]。统计表明，由于瓦斯突出和爆炸引起的死亡10人以上的煤矿事故70%出现在我国东部深部矿井[54]。
深部煤层承压水位高，水头压力大，水文地质条件复杂化。在高地应力和水压力长期作用下，围岩有效隔水层厚度降低，加上采掘扰动造成断层裂隙活化，形成渗流通道相对集中，突水几率明显增加。华北晚古生代煤系之下的奥陶纪灰岩是古岩溶十分发育的层位，深部煤炭资源开采面临的主要水害威胁来自煤层底板的高压岩溶水[57]，如河南义煤集团义安矿及孟津矿煤层底板承压达7.5 MPa，江苏徐矿三河尖矿底板承压8.32 MPa，淮南矿区A组煤底板承压10 MPa[57-59]。
深部硬岩随地质条件恶化、碎裂岩体增多，而软岩(煤层)中地应力状态随埋深增加，且更早处于各向等压状态[60]，1 000 m 以深的垂直原岩应力和构造应力基本已经超过工程岩体的抗压水平，根据南非地应力测定结果，1 000～5 000 m深度地应力达50～135 MPa[61]，工程开挖尤其是大规模的开采活动所导致的应力集中水平更是远超工程岩体的抗压水平，使围岩剧烈变形、巷道和采场失稳，并易发生破坏性的冲击地压。研究表明，冲击地压存在一个临界深度，超过此深度开采时，冲击地压将频繁出现，我国典型冲击地压矿井的临界开采深度为400～630 m[27]。因此，随着我国中部、乃至西部地区煤炭工业发展，动用深部煤层时，也应充分考虑冲击地压发生的风险。
2 中国煤田构造格局与煤矿地质灾害分布
2.1 中国煤田构造格局划分
中国大陆是一个由众多构造活动带和稳定地块经多次拼合而成的复合陆块，活动带密度大、经历了长期多旋回的造山过程，稳定地块规模小、基底刚性程度低、盖层变形显著[62]。发育于这一复合大陆上的成煤盆地类型多样、后期改造强烈，呈现明显的分区、分带特征[15]。控制中国煤田构造格局的区域构造活动带包括:1条一级带即贺兰山—龙门山—哀牢山南北向构造带，3条二级带即阿尔泰—阴山构造带、昆仑—秦岭—大别山构造带、大兴安岭—太行山—武陵山构造带,上述区域性构造带将中国煤田构造格局划分为东、西两大煤田构造域、3条煤系变形构造组合带和五大赋煤构造区[16-17](图1)，构成控制煤矿动力地质灾害发生的基本构造背景。
Ⅰ—东部复合变形带:Ⅰ1—东北—华北伸展变形分区，Ⅰ2—华南叠加变形分区;Ⅱ—中部过渡变形带;Ⅲ—西部挤压变形带:
Ⅲ1—西北正反转变形分区，Ⅲ2—滇藏挤压变形分区;NECCA—东北赋煤构造区;NCCA—华北赋煤构造区;SCCA—华南赋
煤构造区;NWCCA—西北赋煤构造区;YXCA—滇藏赋煤构造区
图1 中国煤田构造格局示意[17]
Fig.1 Sketch map of coalfield tectonic framework of China[17]
2.2 中国煤田构造基本特征
2.2.1 两大煤田构造域
贺兰山—龙门山—哀牢山南北向构造带分划东部煤田构造域和西部煤田构造域。东部煤田构造域含煤层位多、煤盆地类型多、构造-热演化史复杂、构造变形时空差异显著;东北区和华北区东部以新生代负反转构造为特征，华南区以多期持续挤压变形为特征，煤田构造线展布以北东—北北东向为主。西部煤田构造域以早—中侏罗世煤系占绝对优势，煤田构造格局的形成与演化受特提斯地球动力学体系控制，新生代盆地正反转显著，现今控煤构造样式以北西—北西西向展布挤压性构造为主。
2.2.2 3条煤系变形构造组合带
东部复合变形带位于大兴安岭—太行山—武陵山以东。秦岭—大别山以南以挤压背景为主，华北和东北则以伸展背景为主。构造组合以北东—北北东向展布、平行排列的条带结构组合为基本格局，变形幅度和强度由东向西递减。
中部过渡变形带位于贺兰山—龙门山—哀牢山构造带与大兴安岭—太行山—武陵山构造带之间，地壳结构稳定，鄂尔多斯盆地和四川盆地的构造单元组合具有典型的“地台型”同心环带变形分区结构[15]。
西部挤压变形带位于贺兰山—龙门山—哀牢山以西，煤田构造以挤压变形为特色，区域构造线走向呈北西—北西西—北北西弧形展布，变形强度向北递减。构造变形组合由滇藏赋煤构造区的平行条带结构，转换为西北赋煤构造区的多中心环带结构[15]。
2.2.3 五大赋煤构造区
东北赋煤构造区以兴蒙造山系及其中间地块为基底，印支运动以后卷入滨太平洋活动大陆边缘，燕山运动早、中期以北北东—南南西走向的压性构造形迹为特征，中生代晚期东亚大陆边缘裂解，以由铲式正断层控制的箕状断陷和堑垒组合为主，由西向东，构造改造作用逐步增强。东部赋煤构造亚区三江—穆棱河盆地群发育向北西扩展逆冲断层和轴面南东倾的斜歪褶皱等挤压构造样式。中部亚区以松辽盆地为主体，煤系分布于盆地周缘，中生代后期被断裂分割为断块格局。西部亚区海拉尔盆地群和二连盆地群后期改造轻微，保存了成盆期的伸展构造格局。
华北赋煤构造区位于华北陆块区主体部位，煤田构造格局具有明显的分区分带特征。华北北缘赋煤构造亚区受板缘活动带影响，沿阴山—燕山—辽东—吉南发育一系列走向近东西的早中生代逆冲断裂或推覆构造。鄂尔多斯煤盆地构造亚区由西缘褶皱逆冲带、东缘挠褶带、北部隆起、南部断隆、陕北单斜和天环坳陷等构成完整的赋煤构造单元。山西块拗陷构造亚区以轴向北东和北北东的宽缓波状褶皱为主，大型褶皱两翼多被区域性断裂破坏。太行山以东为伸展变形区，以多组断层控制的复杂断块构造格局为特征。南华北赋煤构造亚区主体构造格架为宽缓大型褶皱以及配套剪切断裂和压性断裂系统，徐淮地区发育逆冲推覆构造、豫东隐伏区为新生代负反转断块格局、豫西含煤区则以重力滑动构造发育为鲜明特征。
华南赋煤构造区跨扬子陆块区和华南造山系，划分为扬子赋煤构造亚区和华夏赋煤构造亚区，煤系变形复杂，时空差异显著，构造变形强度和岩浆活动强度均有由板内向板缘递增的趋势。扬子赋煤构造亚区的上扬子四川盆地构成赋煤构造单元组合分带的稳定核心，川中赋煤构造以宽缓的穹隆构造、短轴状褶皱变形和断层稀疏为特征，由此向周边，煤系变形强度递增。华夏赋煤构造亚区自晚古生代以来经历多次挤压与拉张等不同构造机制的交替作用，煤系变形十分复杂，煤田推覆和滑覆构造广泛发育，闽湘赣地区以“红绸舞状褶皱”的形象比喻而著称[63]。
西北赋煤构造区跨越天山—兴蒙造山系、塔里木陆块区、秦祁昆造山系等不同的一级大地构造单元，早—中侏罗世聚煤盆地形成于造山期后伸展的地球动力学背景，中生代末期以来印度板块与欧亚板块碰撞的远距离效应使盆地不同程度正反转。本区划分为3个相对完整的赋煤构造单元组合，准噶尔盆地(北疆)赋煤构造亚区盆地周缘发育紧闭褶皱和逆冲推覆构造，盆内以宽缓褶皱或断块格局为主。塔里木盆地(南疆)赋煤构造亚区北缘和南缘均为指向盆内的逆冲推覆构造带，盆内煤系埋藏深，为舒缓波状起伏或断块组合。祁连—河西走廊赋煤构造亚区处于对冲挤压的变形环境，煤系多呈北西—南东走向平行条带状分布，褶皱和逆冲推覆构造较发育。
滇藏赋煤区的大地构造区划主体为西藏—三江造山系，由欧亚大陆和冈瓦纳大陆的若干陆块(地体)及其间的缝合带构成，地质演化历史复杂，特提斯构造域各板块之间相互作用控制了含煤盆地的形成与改造。煤系主要赋存于青藏高原北部和滇西地区，划分为3个赋煤构造亚区:青南—藏北赋煤亚区、藏中(冈底斯)赋煤构造亚区和滇西赋煤构造亚区。煤田构造形态复杂、褶皱、断裂极为发育，尤其是强烈的新构造运动造成含煤块段分布零星、规模小，工作程度极低。
2.3 中国煤矿动力地质灾害分布的基本特征
前人从不同角度分别研究了我国几种典型煤矿动力地质灾害的分布特征。韩军等(2010)以区域构造演化对煤与瓦斯突出的控制作用为主线，分析了东北、华北和华南聚煤区煤与瓦斯突出特征[2]。张子敏等(2013)按照煤矿瓦斯赋存地质构造逐级控制研究思路，将中国煤矿瓦斯赋存分布划分为16个高突瓦斯区、13个瓦斯区[13]。董书宁和虎维岳等(2007)研究了中国煤矿水害的基本特征及其产生原因，把中国煤矿床水害类型分区划分为西北区、北方区、南方区和西南区[64]。武强等(2013)根据中国聚煤区的水文地质特征以及矿井充水对安全生产的危害程度,划分了全国六大矿井水害区[65]。潘一山等(2003)总结我国煤矿冲击地压主要集中分布在华北、东北地区4个条带，即北纬26°、北纬34°、北纬39°和北纬42°的黑、吉、辽、京、冀、豫、鲁、皖、川、黔、湘、赣等12省市[27]。
我国具有工业价值的煤炭资源最早形成于石炭纪(湘中测水煤系)，晚古生代、中生代、新生代均有聚煤作用发生。自晚古生代以来,中国大陆经历了海西运动、印支运动、燕山运动和喜马拉雅运动等4个主要的构造旋回，多期性质、方向、强度不同的构造运动造就复杂而有序的煤田构造格局和赋煤构造单元组合[17-18]。中生代以来中国东部强烈的构造-岩浆活动[62]，使煤层变形-变质及赋存状态的时空差异显著。活动论观点认为，区域构造应力场主要来源于板块边界和板内深部物质活动，中国大陆位于特提斯(喜马拉雅)和西太平洋两大巨型板块动力学边界夹持交汇部位，现代构造应力背景复杂[17-18,62]，水平应力方位和强度以及垂向应力梯度变化显著。上述区域构造背景导致不同赋煤构造单元内致灾构造因素不同，从而决定了煤矿动力地质灾害发生风险的空间差异性。中国煤矿动力地质灾害分布具有东强西弱、北强南弱的基本特点，规模大、损失严重的煤矿动力地质灾害主要发生在东部煤田构造域，尤其是大兴安岭—太行山北北东向二级构造带以东的东北赋煤构造区中东部、华北赋煤构造区东部和华南赋煤构造区中部，以及受特提斯地球动力学体系与太平洋地球动力学体系复合作用控制的华南赋煤构造区西部。
3 区域构造背景控制下的煤矿动力地质灾害区带分布
3.1 主要动力地质灾害风险等级
根据致灾构造因素特征和动力地质灾害风险高低程度，结合煤系赋存特点和煤炭开发现状，将基于区域构造背景控制的煤矿动力地质灾害风险区带划分为3个等级。
Ⅰ级(低风险)：弱挤压或弱拉张构造环境，褶皱寛缓、断层稀少、构造简单，构造活动性轻微、煤体变形微弱、低煤阶或特高煤阶(超无烟煤)，煤层赋存浅或浅部开采，水文地质、工程地质等其他开采地质条件简单，煤矿动力地质灾害风险低。
Ⅱ级(中风险)：中等挤压或拉张构造环境、褶皱较紧闭、发育多组断层、构造复杂程度中等、构造活动性较明显、煤体变形较明显、低煤阶—高煤阶，煤层赋存浅—较深，其他开采地质条件简单—较复杂，存在1种主要动力地质灾害。
Ⅲ级(高风险)：挤压或强烈构造拉张环境、褶皱紧闭或叠加褶皱、发育不同性质和规模的断层、构造复杂程度高、构造活动性明显、构造煤发育、低煤阶—高煤阶，煤层赋存较深或深部开采，其他开采地质条件较复杂—复杂，存在2种及其以上的主要动力地质灾害。
3.2 基于中国煤田构造格局的煤矿动力地质灾害风险区带划分
笔者从中国煤田构造格局的时空差异性出发，以各类构造因素对煤矿动力地质灾害的控制作用为依据，在赋煤构造单元框架内进行煤矿主要动力地质灾害风险区带划分。全国共划分煤矿主要动力地质灾害Ⅲ级区带11个、Ⅱ级区带7个(图2、表2)，其余地区属于Ⅰ级区带或未评价区域。
3.3 各赋煤构造区煤矿动力地质灾害的构造背景
3.3.1 东北赋煤构造区
东北赋煤构造区受太平洋动力学体系控制，中、新生代卷入滨太平洋活动大陆边缘，板缘构造活动的影响东强西弱。与3个赋煤构造亚区的构造特征相对应，致灾构造因素具有由西向东复杂化的趋势，煤矿动力地质灾害风险呈现东大西小的基本特征。东部亚区的鸡西、双鸭山、鹤岗等矿区和中部亚区南段的辽源、通化和阜新等矿区存在煤与瓦斯突出、冲击地压、冒顶片帮等动力地质灾害，东部亚区的鸡西穆棱、鹤岗东部等区水文地质条件复杂，部分地区构造裂隙水造成突水灾害。西部亚区后期改造微弱，构造格局较简单、煤层埋藏浅、低煤阶以褐煤为主，属于煤矿动力地质灾害低风险的Ⅰ级区带。
图2 中国煤矿动力地质灾害风险区带划分示意
Fig.2 Sketch map for risk zones of mining dynamic geological disasters in China
表2 中国煤矿主要动力地质灾害风险区带划分
Table 2 Risk zones of main dynamic geologic disasters in coal mining in China
赋煤区风险区带名称编号对应次级赋煤构造单元致灾构造主要特征煤矿动力地质灾害类型典型实例东北赋煤构造区黑吉辽东部Ⅲ级区带Ⅲ-1DB-1东北赋煤构造区东部亚区挤压环境,断陷盆地边缘发育逆冲断层,部分矿井开采深部煤层煤与瓦斯突出、冲击地压、部分突水鹤岗[8,13]、七台河[8,13]、双鸭山[13]、鸡西[13,27]、辽源[23,27]、抚顺[23,27]吉辽中部西Ⅲ级区带Ⅲ-2DB-2-3松辽东部断阶赋煤带、DB-2-4松辽盆地南部断陷赋煤带挤压环境,构造复杂程度中等—较复杂,正反转断陷盆地-断块构造煤与瓦斯突出、冲击地压阜新[8,13,27]、北票[12,23]、铁法[13]华北赋煤构造区华北东北部Ⅲ级区带Ⅲ-3HB-1-2辽西逆冲断陷赋煤带、HB-1-3辽东吉南逆冲-拗陷赋煤带西部、HB-4-2燕山南麓褶皱赋煤带强挤压环境,以逆冲推覆和褶皱构造样式为主,煤体结构变形较明显、部分矿井开采深部煤层煤与瓦斯突出、突水、冲击地压开滦[13,27,67]、京西[44]、张家口[66]、兴隆[23]、南票[13,67]、浑江[23]、本溪[67]、通化[67]太行山东麓Ⅲ级区带Ⅲ-4HB-4-1太行山东麓断阶赋煤带拉张环境、断层发育、断块格局、煤变质分带显著,部分矿井开采深部煤层煤与瓦斯突出、突水、冲击地压邢台[67]、邯郸[13,66-67]、峰峰[13,24,66]、安阳[4,67]、鹤壁[13,67]、焦作[7,13]
续 表
赋煤区风险区带名称编号对应次级赋煤构造单元致灾构造主要特征煤矿动力地质灾害类型典型实例华北赋煤构造区华北东部Ⅲ级区带Ⅲ-5HB-4-4华北平原断陷赋煤带、HB-4-4鲁西断陷赋煤带强拉张环境、断层发育、负反转断块格局、构造活动性明显、开采深部煤层煤与瓦斯突出、突水、冲击地压、冒顶临沂[13]、枣庄[27]、新汶[27]、巨野[9]、肥城[24]鲍店[8]、淄博[24]华北南部Ⅲ级区带Ⅲ-6HB-5南华北赋煤构造亚区重力滑动、逆冲推覆、断块格局,多期构造叠加的复杂动力环境,层滑和构造煤发育煤与瓦斯突出、突水、冒顶、冲击地压淮北[13,38]、淮南[23-24,59]、徐州[13,27,67]、平顶山[6,8,13]、郑州[7,13]、义马[8,13,27]鄂尔多斯盆地西缘Ⅱ级区带Ⅱ-1HB-2-1鄂尔多斯盆地西缘褶皱-逆冲赋煤带挤压环境,逆冲推覆构造和褶皱发育,后期正断层改造煤与瓦斯突出、局部冲击地压石炭井[13]、乌达[13]、石嘴山[23]、华亭[41]鄂尔多斯盆地东南缘Ⅱ级区带Ⅱ-2HB-2-2鄂盆东缘挠曲赋煤带中南段、HB-2-6渭北断隆赋煤带东段中等挤压环境,褶皱、逆断层控制、构造复杂程度中等、局部发育构造煤煤与瓦斯突出、突水韩城[13]、乡宁[13],渭北[40]山西东南部Ⅱ级区带Ⅱ-3HB-3-2晋南断拗赋煤带东部沁水构造盆地东缘挤压环境,逆冲断裂带控制、局部发育构造煤煤与瓦斯突出、局部突水阳泉[4]、潞安[4]、武夏[13]、晋城[13]华南赋煤构造区川北Ⅲ级区带Ⅲ-7HN-1-1 m仓山—大巴山逆冲推覆赋煤带强挤压环境,逆冲推覆构造控制、发育构造煤煤与瓦斯突出、冲击地压大巴山、广旺[13,68]渝东Ⅲ级区带Ⅲ-8HN-1-5川渝隔挡式褶皱赋煤带挤压环境,隔档式褶皱/逆冲断层组合,高陡背斜控制煤与瓦斯突出、突水华蓥山[13]、达竹[13]、中梁山[13,67]、南桐[13,27,67]、松藻[13,67]川南黔西滇东Ⅲ级区带Ⅲ-9HN-1-9川南黔西叠加褶皱赋煤带、HN-1-10滇东褶皱赋煤带东部挤压环境,北东向与北西西向褶皱叠加、构造复杂程度高、构造煤发育煤与瓦斯突出、突水、局部冲击地压芙蓉[5,13]、筠连[13]、古叙[13]、六盘水[13]、恩洪[13]湘中南Ⅲ级区带Ⅲ-10HN-2-1湘桂断陷赋煤带北段强挤压环境,逆冲断层与褶皱组合,构造复杂程度高、层滑和构造煤发育煤与瓦斯突出、突水、局部冲击地压涟邵[23,67]、煤炭坝[67]、韶山[67]、郴耒[13]、资兴[67]赣中Ⅲ级区带Ⅲ-11HN-2-2赣湘粤拗陷赋煤带北段强挤压环境,对冲逆冲断层系,构造复杂程度高、层滑和构造煤发育煤与瓦斯突出、突水、局部冲击地压萍乡[4,23]、新余[13]、高安[13]、丰城[13,67]川西滇中Ⅱ级区带Ⅱ-4HN-1-3龙门山逆冲赋煤带、康滇断隆赋煤带北段逆冲推覆构造控制,南段挤压断块,褶皱断裂发育煤与瓦斯突出宝鼎[13]、雅荥[13]、资威[13]西北赋煤构造区天山北麓Ⅱ级区带Ⅱ-5XB-1-5准南逆冲-拗陷赋煤带、XB-1-7吐哈逆冲-拗陷赋煤带西段较强挤压环境,正反转盆地边缘逆冲推覆构造带控制,高陡背斜逆冲带煤与瓦斯突出,局部突水艾维尔沟[13]、准南[13]天山南麓Ⅱ级区带Ⅱ-6XB-2-1塔西北逆冲-拗陷赋煤构造带、XB-2-2中天山断隆赋煤构造南部较强挤压环境,正反转盆地边缘逆冲推覆构造带控制煤与瓦斯突出库拜[13]河西走廊Ⅱ级区带Ⅱ-7XB-3-2河西走廊对冲-拗陷赋煤带较强挤压环境,逆冲断层构造控制,煤级较高煤与瓦斯突出靖远[13]、窑街[13]
3.3.2 华北赋煤构造区
华北赋煤构造区被构造活动带所环绕，含煤岩系变形性质和变形强度由边缘向内部递变、各赋煤构造单元的构造格局存在较大差异，总体呈不对称的环带结构。赋煤区周缘为强挤压环境，控煤构造样式以逆冲断层和推覆为主，构造复杂程度高、动力地质灾害风险普遍较大。赋煤区内部鄂尔多斯盆地主体构造简单，构造致灾风险较低。太行山以东新生代强烈负反转，断裂、断块格局复杂，构造活动性明显，尤其是经过长期高强度开发，大部分矿井进入深部开采，煤与瓦斯突出、突水、冲击地压、围岩变形等地质灾害突出，大多属于高风险级别。鄂尔多斯盆地与太行山之间的山西块拗赋煤构造亚区具有过渡性质，晋北断陷赋煤构造带属于低风险Ⅰ级区带，晋南断拗赋煤构造带东部受沁水复向斜东翼晋获逆冲断裂带影响，构造复杂程度提高，属于中风险Ⅱ级区带。
3.3.3 华南赋煤构造区
华南赋煤构造区中生代以来构造-岩浆活动十分强烈，造就以多期次叠加变形为特征的复杂构造格局。西部扬子赋煤构造亚区上扬子陆块四川盆地内部构造相对简单，属于煤矿地质灾害低风险Ⅰ级区带;盆地周缘变形强度明显增加，较紧闭褶皱和不同方向、不同性质的断层构成应力集中带和力学性质软弱带，煤矿动力地质灾害风险增加，多数为高风险Ⅲ级区带。东部华夏赋煤构造亚区构造复杂程度大于扬子赋煤构造亚区，多期挤压与拉张交替作用，导致煤系和煤层变形强烈，构造煤类型多、分布广，湘、赣地区煤与瓦斯突出、突水等动力地质灾害风险较高。武夷山隆起以东的闽西南拗陷赋煤构造带推覆和滑覆构造全面广泛发育，煤体结构变形显著，但由于煤级达超无烟煤-煤系石墨阶段，瓦斯含量极低，不存在突出风险;其他地区或由于成煤条件差、或由于后期改造严重，小煤矿浅部开采且多已关闭，划归低风险Ⅰ级区带。
3.3.4 西北赋煤构造区
西北地区蕴藏丰富的早、中侏罗世中低煤级煤炭资源，为优质动力煤和转化加工化工用煤，西部优质煤炭资源开发是我国煤炭工业的战略发展方向。西北赋煤构造区总体为弱—中等强度的挤压环境，强构造变形集中于各构造盆地边缘，盆内构造相对简单、多呈断裂断块构造或大型寛缓褶皱格局，但通常埋藏过深。本区制约煤炭绿色开采的首要地质因素是生态环境问题，总体上属于煤矿动力地质灾害低风险区。甘肃河西走廊对冲-拗陷赋煤构造带、新疆准噶尔盆地赋煤构造亚区南部逆冲-拗陷赋煤构造带和塔里木盆地赋煤构造亚区北部逆冲-拗陷赋煤构造带发育由造山带指向拗陷的逆冲断裂和较紧闭的褶皱，构造复杂程度加大、煤体结构遭受一定程度的破坏，煤与瓦斯突出风险增加，属于中风险Ⅱ级区带。
3.3.5 滇藏赋煤构造区
滇藏赋煤构造区属于区域构造活动带，成煤条件差、后期构造变形明显，开采地质条件复杂。本区煤炭资源量仅占全国煤炭资源总量的0.2%[69]，研究程度极低。2014—2016年开展的地质调查项目“青藏高原煤炭资源赋存规律与潜力评价”现场调查确认[70]，现有煤矿多采用煤层露头矿坑开采或小煤矿浅部开采，且几乎全部关闭，故本区不进行煤矿动力地质灾害风险评价。
4 结 论
(1)煤矿动力地质灾害的发生是静态的地质环境与动态的开采扰动耦合作用的结果，区域构造背景通过构造变形产物、构造形成过程和构造应力场作用等方式决定煤矿床的赋存状态和动力环境，从而影响煤矿动力地质灾害发生的风险程度。综合现有认识，可以把致灾构造因素归纳为断层构造、褶皱构造、构造复杂程度、构造活动性、煤变形-变质特征、煤层赋存深度等六大类，各类构造因素对不同动力地质灾害的影响程度不同。
(2)我国煤矿动力地质灾害分布区域广、发生频率高、成因类型多、致灾损失大，存在明显的分区分带性，具有东强西弱、北强南弱的基本特点。规模大、损失严重的煤矿动力地质灾害主要发生在东部煤田构造域，尤其是大兴安岭—太行山北北东向二级构造带以东的东北赋煤构造区中东部、华北赋煤构造区东部和华南赋煤构造区中部，以及受特提斯地球动力学体系与太平洋地球动力学体系复合作用控制的华南赋煤构造区西部。
(3)从中国煤田构造格局的时空差异性出发，以各类构造因素对煤矿动力地质灾害的控制作用为依据，在赋煤构造单元框架内进行煤矿主要动力地质灾害风险区带划分。根据致灾构造因素和动力地质灾害特征，将煤矿动力地质灾害风险区带划分为Ⅰ级(低风险)、Ⅱ级(中风险)和Ⅲ级(高风险)等3个等级。东北、华北、华南和西北4大赋煤构造区共划分煤矿动力地质灾害Ⅲ级区带11个、Ⅱ级区带7个，其余地区属于Ⅰ级区带或未评价区域。
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