宮鳳強 潘俊鋒 江 權

(①東南大學土木工程學院， 南京 211189， 中國) (②東南大學未來地下空間研究院， 南京 211189， 中國) (③煤炭科學研究總院開采研究分院， 北京 100013， 中國) (④中煤科工開采研究院有限公司， 北京 100013， 中國) (⑤中國科學院武漢巖土力學研究所巖土力學與工程國家重點實驗室， 武漢 430071， 中國)

0 引 言

隨著“向地球深部進軍”這一國家戰(zhàn)略科技問題解決進程的持續(xù)推進，諸如深埋交通隧道、深部水電廠房或引水洞、深部礦井等深部工程數(shù)量越來越多、規(guī)模越來越大(黃潤秋等，1991；錢七虎，2004；何滿潮， 2005； 王明洋等，2006；鄒光富等， 2007； 李夕兵等，2011；馮夏庭等，2013；謝和平等， 2015a； 潘一山，2018a； 謝和平， 2019； 彭建兵等， 2020)。在國內外深部工程建設過程中，巖爆、沖擊地壓是經常遇到的最典型的深部硬巖、煤動力破壞現(xiàn)象(圖 1，圖 2)(Crane， 1929； 林景云， 1959； Cook， 1963， 1965； 胡克智等， 1966； 羅貽嶺， 1975； 陳宗基， 1987； 黃潤秋等， 1997； 吳財芳等， 2003； Ortlepp， 2005； 秦四清等， 2005； Li et al.，2012； 王鷹等， 2016； 馮夏庭等， 2019； 嚴健等， 2019； 薛翊國等， 2020； 周航等， 2020； 蘭恒星等， 2021)。在本文分析和討論時，為了避免歧義，巖爆專指發(fā)生在深埋隧道(隧洞)洞表面、深部金屬礦(或煤礦)巖質巷道和礦柱及掌子面部位硬巖的彈射、爆裂或崩落現(xiàn)象，伴隨不同程度聲響并釋放出不同程度的動能； 沖擊地壓則專指發(fā)生在深部煤層中煤拋出現(xiàn)象，釋放出不同程度的動能，嚴重時往往伴隨聲響、震動、氣浪或沖擊波，甚至可能造成頂?shù)装迤茐纳踔链輾锏?。跟天然滑坡、泥石流等地表地質災害不同，巖爆和沖擊地壓原來在自然界并不存在，完全是由于人類在進行深部地下空間利用和深部礦產資源開采等工程建設時誘發(fā)產生的，和人的因素直接相關，即不進行深部工程建設則不會出現(xiàn)巖爆和沖擊地壓，因此兩者屬于最典型的工程地質災害，更加確切地說是深部工程地質災害。

圖 1 錦屏Ⅱ級水電站輔助隧洞強巖爆(Jiang et al.，2010)Fig. 1 Strong rock burst in assistant tunnel of Jinping Ⅱ hydropower station(Jiang et al.，2010)

圖 2 趙樓煤礦強沖擊地壓(潘俊鋒等， 2020a)Fig. 2 Strong rock burst in Zhaolou coal mine (Pan et al.，2020a) a. 綜放工作面； b. 運輸巷

巖爆和沖擊地壓是世界性的深部工程地質災害。巖爆在中國、南非、印度、智利、波蘭、加拿大、美國、意大利、澳大利亞、俄羅斯、挪威、日本、瑞典、瑞士等20多個國家的隧道工程和硬巖礦山中都曾遇到(Crane， 1929； Cook， 1963； 譚以安， 1988； 賈愚如等， 1989； 王元漢等， 1998； 馮濤等， 1998； 謝學斌， 1999； 馮夏庭等， 2013； Stacey， 2013； 錢七虎， 2014)。同樣，也有20多個國家和地區(qū)的煤礦中發(fā)生過沖擊地壓(и.M.佩圖霍夫等， 1994； 潘一山， 1999； 竇林名等， 2001； 齊慶新等， 2008)。我們國家發(fā)生過沖擊地壓的礦井已有319個(包括已關閉的礦井)，遍布26個產煤的省(自治區(qū)和直轄市)(潘一山， 2018a)。不論巖爆還是沖擊地壓，它們發(fā)生時都表現(xiàn)為深部圍巖或煤層動力破壞現(xiàn)象，在發(fā)生時間和空間上都具有很大的突發(fā)性、隨機性和不確定性，發(fā)生后往往會造成人員傷亡、設備損毀，影響生產或耽誤工程進度，后果非常嚴重，甚至引發(fā)地震(羅貽嶺， 1980； 趙本鈞， 1981； 郭然， 2000； 祝方才， 2001； 宮鳳強等， 2007a， 2007b； Jiang et al.，2010； 潘俊鋒等， 2012， 2013， 2020a)。例如，印度的Kolar金礦發(fā)生巖爆，在距巖爆震中2～3km處的地表建筑物被毀，大的巖爆所產生的能量達到里氏4.5～5.0級地震(陶振宇， 1988)； 我國最大埋深2525m的四川錦屏二級水電站引水隧洞施工中發(fā)生巖爆750多次，其中“11·28”極強巖爆災害，造成7名施工人員遇難，造價昂貴的TBM掘進機嚴重損壞，搶險救援過程長達35d(中國新聞網， 2010； 錢七虎， 2014)； 川藏鐵路拉薩到林芝段桑珠嶺隧道，巖爆頻率一天最高可達20次，巖爆飛出距離可達40m，重達4t的開挖臺車被震跳(央視新聞客戶端， 2016)； 川藏鐵路拉薩到林芝段巴玉隧道全長13073m，最大埋深約2080m，正洞預測巖爆段共計12242m，占其長度的94%，其中中等強烈?guī)r爆段9136m，巖爆發(fā)生的強度、持續(xù)時間、頻率不一，形態(tài)多樣，在世界隧道施工史上均屬罕見(韓侃等， 2020)。沖擊地壓事故后果也很嚴重，例如1959年北京門頭溝礦發(fā)生的3.8級地震的沖擊地壓，不但造成井下生產設施嚴重破壞，而且波及地面，震壞、震裂房屋達百余間，有感震動半徑達五公里(章夢濤， 1987)。1989年3月13日德國Merker附近發(fā)生一起開采引起的沖擊地壓，并引起局部地震，震級5.4級，造成地面3人受傷、建筑物部分損傷(竇林名等， 2017)。近幾年國內沖擊事故也發(fā)生多起，如： 2018年 10 月20日山東能源集團龍鄆煤礦發(fā)生沖擊地壓事故，造成21人死亡，震驚全國； 2019年 6 月9日吉林煤業(yè)集團龍家堡煤礦沖擊地壓事故死亡9人； 2019年 8 月2日開灤集團唐山煤礦沖擊地壓事故死亡7人(齊慶新等， 2020)； 2020年 2 月22日，山東能源集團龍堌煤礦發(fā)生沖擊地壓事故，造成4人死亡，直接經濟損失1853萬元(山東煤礦安全監(jiān)察局， 2020)。

由于巖爆和沖擊地壓災害危害巨大，越來越多研究人員和工程人員愈加重視，分別從機理分析、預測預報、監(jiān)測預警、調控防治等方面開展了大量研究工作。但是巖爆和沖擊地壓的誘發(fā)機理非常復雜，目前尚未完全明晰，仍然是深部工程和巖石力學領域的世界性科學難題。2019年度國家自然科學基金委員會專項項目“川藏鐵路重大基礎科學問題項目”指南“(三)深埋超長隧道工程災變機制”中也把“巖體應力賦存規(guī)律與巖爆機理”列為重點研究內容之一(國家自然科學基金委員會， 2019)。

由于歷史原因，巖爆和沖擊地壓長期存在概念混用的情況，特別是沖擊地壓災害事故報道時經常稱之為巖爆事故。在學術界，有的專家認為沖擊地壓是巖爆的一種形式，有的專家認為兩者不同，應區(qū)分對待。本文綜述了我國在巖爆和沖擊地壓領域的早期研究歷程。在綜合前人大量研究的基礎上，從表觀現(xiàn)象、限定對象、研究對象、賦存條件、行業(yè)領域、工程建設方法、工程建設目的、要求及支護性質、誘發(fā)機理，傾向性判據(jù)、劃分類型、劃分等級、等級評價方法等方面分析了巖爆和沖擊地壓的差異。認為在研究對象(硬巖和煤的承載強度、儲能及釋能能力及彈脆性)、受力條件(地應力、擾動應力)和邊界條件(開挖和開采方法及工序、擾動范圍和時效性等)上，巖爆和沖擊地壓均存在根本區(qū)別。建議對巖爆和沖擊地壓區(qū)別定義和分開研究，才能更加深入地推動未來的研究工作。

1 巖爆、沖擊地壓的含義和名稱

1.1 巖爆、沖擊地壓的英文名稱

巖爆英文名稱通常為“rock burst”或者“rockburst”，基本沒有爭議?！皉ock burst”目前可追溯至1924年南非聯(lián)盟Union of South Africa的Witwatersrand rock burst committee的研究報告(Union of South Africa， 1924)。“rock burst”在得到廣泛認可前，已經有一些其他術語用于巖石動力現(xiàn)象的描述，正如Crane(1929)在報告“Rock Bursts in the Lake Superior Copper Mines， Keweenaw Point， Michigan”中所論述的“Rock bursts are phenomena associated with mining operations， particularly with deep mining…. The intensity is usually in direct proportion to the depth， varying from a loosening and sloughing off to a violent rupture， giving rise to the term‘explosive rock’”、“The more or less violent breaking of rock in mine workings has been variously designated as ‘flaking’，‘pressure bursts’，‘strain bursts’，‘bumps’，‘quakes’ and ‘air blasts’，which indicate opinions as to cause and effect(Smeeth， 1904； Moore， 1918； Union of South Africa， 1924； Beringer， 1928； Spalding， 1928； Wilson， 1928)，而且最廣泛應用的術語是“air blast”，原因在于“as a more or less rapid movement of air often accompanies the more violent phenomena of rock failure”。作者認為上述術語是特定的條件和行為的原因和性質所決定的“flaking， pressure bursts， and quakes are terms ranged to indicate action of increasing magnitude; and pressure bursts， strain bursts， bumps， and quakes are ranged according to the cause and character of the action”。相比而言，巖爆更加適合描述巖石的劇烈破壞現(xiàn)象“The term ‘rock bursts’ may be employed， although inadequately， to designate the whole range of phenomena of violent failure of rock”(Beringer， 1928； Spalding， 1928； Crane， 1929)。Crane的報告長達43頁，對巖爆問題進行了廣泛、詳細的研究，包括誘發(fā)巖爆的各種因素和原因，斷層、滑移、交叉的影響，巖爆類型等，還討論了層裂(Spalling)。隨后20世紀30年代JournaloftheChemical，MetallurgicalandMiningSocietyofSouthAfrica上發(fā)表了有關“rock burst”的討論論文(Gray， 1932， 1933； Sinclair， 1936a， 1936b)。“rockburst”來源于1958年的文獻“De-stressing： a means of ameliorating rockburst conditions”(Roux et al.，1958)。目前在學術論文中，“rock burst”或者“rockburst”都在使用，已經得到普遍認可。

沖擊地壓對應的英文名稱比較復雜，這主要源于對沖擊地壓現(xiàn)象的不同認識。早期研究中，煤礦的動力現(xiàn)象可以追溯到1924年，論文中用了“bumps”一詞(Rice et al.，1924)。李玉生對礦山沖擊地壓名詞的含義就進行了深入分析，系統(tǒng)整理了各個國家對發(fā)生在礦山中的沖擊現(xiàn)象所采用的各種名詞(李玉生， 1982)，認為礦山沖擊對應的英文分別有rock burst、coal burst、coal(rock) burst in compact zone、coal bump、rock burst from roof strata、rock burst from floor strata、coal(rock) burst in seam、coal burst due to sudden slackening of coal seam、coal sliding burst、coal flow burst、inherent burst、pressure burst、rock burst to abutment pressure、shock burst等。有的研究論文把煤礦中的沖擊地壓看作是巖爆，例如“A rockburst consists of a brutal expulsion of the worked seam accompanied by a violent shock mainly felt in the vicinity of the coal seam where it can cause significant damage such as roadways and pillars closures or coalburst”(Driad-Lebeau et al.，2005)?，F(xiàn)行的國家標準《沖擊地壓測定監(jiān)測與防治方法——第2部分：煤的沖擊傾向性分類及指數(shù)的測定方法》(GB/T25217.2-2010)(中華人民共和國國家標準編寫組， 2010)對應的英文Methodsfortest，monitoringandpreventionofrockburst—Part2：Classificationandlaboratorytestmethodonburstingliabilityofcoal中把“沖擊地壓”翻譯為“rock burst”。

1.2 巖爆、沖擊地壓的中文名稱

巖爆的中文名稱沒有異議。在國內現(xiàn)有的學術論文中，“巖爆”中文專業(yè)術語最早見于1965年張宗祜和王大純在《科學通報》上發(fā)表的《工程地質學的發(fā)展現(xiàn)狀及今后發(fā)展方向的意見》中認為“地下建筑的工程地質現(xiàn)象是多種多樣的…某些地下坑道掘進中在工作面上常發(fā)生彈射伴有且大聲響的變形就稱為沖擊地壓(或巖爆)，此種現(xiàn)象主要是由于極限應力狀態(tài)所引起的，一般常發(fā)生在斷層帶、背斜地帶及坑道交叉處。有關此種現(xiàn)象從地質力學觀點分析地應力的儲存狀況、巖體力學條件并考慮各種地質因素和人為因素加以研究還很不夠。”(張宗祜等， 1965)。這是沖擊地壓和巖爆首次一起出現(xiàn)，認為是工程地質現(xiàn)象，也是首次認為應該從地質力學觀點進行分析。陳克儉在《不襯砌水工隧洞工程地質條件的初步探討》一文中提到“對于深埋隧洞，當有“巖爆”現(xiàn)象出現(xiàn)時，不宜立即進行相關輔助措施”(陳克儉， 1966)。1966年《黑色金屬礦山》編輯部合編《隧道快速施工經驗》一文，提到“隧道穿過的巖層主要為硅質和白云質石灰?guī)r，普氏硬度系數(shù)f=10～12，性脆而堅……有的地段巖石結構致密呈層狀……但掘進時常沿軟弱面破裂，并冒落大量巖石，俗稱‘巖爆’，對作業(yè)人員的安全威脅甚大”、“為了防止‘巖爆’即冒落大量巖石傷人，采取加密錨桿并襯以鐵絲網的措施”(《黑色金屬礦山》編輯部， 1966)。1971年鐵三院標準處橋隧組在《鐵路標準設計通訊》上撰文《改革鐵路基本建設設計、施工規(guī)范隧道部分調查研究參考提綱》，文中提到“XX線施工時曾在3個長隧道中遇到過巖爆，目前正在施工的XX線亦有巖爆，對施工安全有威脅，應調查總結。據(jù)了解一般隧道埋藏越深，巖層越堅硬、越脆，越有巖爆，發(fā)生7d以后則逐漸消失。施工中一般在巖爆發(fā)生處掛安全網。但巖爆如何發(fā)生？如何預防？應調查研究，提出規(guī)律性的東西來”(鐵三院標準處橋隧組， 1971)。這是第1次在隧道規(guī)范修訂時提到巖爆。1973年《勘察技術資料》編輯組在《勘察技術資料》上撰文《國外地下工程勘察技術簡介》，文中認為“巖爆主要是由于巖體內的殘余構造應力在某一局部產生過度的應力集中，當掘進開挖時開挖面上的主應力解除而使巖體內應力失去平衡，致產生巖爆……巖爆不僅會導致巖塊的崩塌，而且它的爆炸性沖擊，可能對施工人員及設備安全造成嚴重威脅”(《勘察技術資料》編輯組， 1973)。1974年羅貽嶺撰寫《隧道施工中巖爆現(xiàn)象的實況與一般的處理方法》一文，該文介紹了成昆鐵路塔XX隧道的巖爆現(xiàn)象實況、成因分析、施工中防爆措施和對巖爆地段隧道襯砌設計與施工的幾點建議(羅貽嶺， 1975)。1975年劉國昌在《長春地質學院學報》撰文《地下建筑圍巖穩(wěn)定的地質力學分析》中提到“預測…巖石或巖體壓力過大而破壞時可能采取什么破壞形式，如脆性破壞(可能產生巖爆)或塑性破壞…”(劉國昌， 1975)。上述論文中都提到了巖爆，但是只是現(xiàn)象的描述，沒有給出明確的定義。陶振宇在《水工建設中的巖石力學問題》認為：當巖石內部積聚了很大的彈性應變能，一旦遇到擾動，就會突然釋放出來，形成巖爆現(xiàn)象，這是高地應力區(qū)的地下工程開挖過程中經常遇到的一種代表性現(xiàn)象(陶振宇， 1976)。

沖擊地壓對應的中文名稱比較復雜，不但源于對沖擊地壓現(xiàn)象的認識，也和其研究歷史密切相關?！皼_擊地壓”中文專業(yè)術語最早見于1955年錢鳴皋(疑為錢鳴高)《介紹煤及瓦斯突出的性質與力學作用的現(xiàn)代學說》一文(錢鳴皋， 1955)，文中在介紹A.M. 卡爾波夫和B.И. 別洛夫關于地壓學說時，提到“工作面不及時放頂或頂甚堅硬，這樣會形成沖擊地壓，使煤幫的壓力更集中…… 不能用沖擊地壓的學說來解釋超前工作面甚大的平巷與石門所發(fā)生的突出……”，該文列了1952～1954年的3篇俄文參考文獻。在該文中，對沖擊地壓現(xiàn)象已經有比較明確的認識，但是文中沒有提到沖擊地壓的定義也沒有對沖擊地壓的現(xiàn)象進行描述。1956年何祖榮在《煤與瓦斯突出原因的分析》一文中提到“沖擊地壓是由于巖石本身彈性及塑性潛能開放的結果”(何祖榮， 1956)。1959年林景云在著作《撫順勝利礦的沖擊地壓》中給出了沖擊地壓發(fā)生的原因和規(guī)律，認為“煤巖在高壓下發(fā)生了彈性變形，蓄積大量的應力潛能，由于井下采掘的原因，又產生了補充荷重，促使壓力增加，再度蓄積能量，沖擊地壓的發(fā)生就是在煤巖達到一定的高壓時，蓄積的大量應力潛能以短促的、有彈性的沖擊形式(轟鳴)發(fā)散的結果，即緊張過度的煤，瞬間發(fā)散其應力潛能的結果”，書中還給出了撫順勝利礦1933～1935年沖擊地壓的傷亡事故統(tǒng)計表(林景云， 1959)。這可能是中國記錄最早的沖擊地壓事故統(tǒng)計。

1959年煤炭工業(yè)出版社翻譯出版了1955年前蘇聯(lián)出版的由C.Г. AвершЙН撰寫的ГοрнБιе Удaры專著，書名翻譯為《沖擊地壓》(C.Г. 阿維爾申， 1959)，李玉生認為該書是當時世界上有關沖擊地壓方面的第1本專著，同時也認為“ГοрнБιе Удaры”應譯為“礦山沖擊”，而不是“沖擊地壓”(李玉生， 1982)。該書中寫到“沖擊地壓的現(xiàn)象實際上是煤和巖石突然被拋出或者是兩者一起突然被拋出； 這是由極限應力狀態(tài)引起的”(C.Г. 阿維爾申， 1959)。劉聽成(1982)認為對于沖擊地壓的稱呼有很多別名，如“沖擊礦壓”、“礦山沖擊”、“沖擊圍巖壓力”、“巖爆”等。宋振騏等(1985)認為沖擊地壓是承受高壓的脆性煤體的極限平衡狀態(tài)受到破壞而向自由空間突然釋放能量的動力現(xiàn)象，這是一種從力學機理方面對沖擊地壓的定義。有的研究人員認為“沖擊礦壓……它是指礦山井巷或采場周圍礦體和圍巖由于變形能的釋放而產生的以突然、急劇、猛烈的破壞為特征的動力現(xiàn)象…… 沖擊礦壓這種現(xiàn)象在我國不同地區(qū)的煤礦有著不同的稱謂，常見的‘巖爆’、‘煤爆’、‘礦山沖擊’、‘沖擊地壓’都屬于此類現(xiàn)象”(閔長江等， 1998)。有的研究論文認為，礦山誘發(fā)地震簡稱礦震，在礦區(qū)常稱為“煤爆”、“煤炮”、“巖爆”或“沖擊地壓”(李世愚等， 2007)。周輝等(2015a)在專著《巖爆和沖擊地壓數(shù)值模擬與評估預測方法》中，把巖爆和沖擊地壓并列看待。此外，潘俊鋒等(2012， 2016)認為目前泛指的沖擊地壓實質上是沖擊地壓的最后階段，即沖擊地壓顯現(xiàn)，只有嚴格完成沖擊啟動-沖擊能量傳遞-沖擊地壓顯現(xiàn)，3個階段后表現(xiàn)出來的人員、設備、圍巖損壞才是沖擊地壓。齊慶新等(2020)認為“實際工程中卻往往單純地認定沖擊地壓與事故等價，這顯然缺乏科學性”，并依據(jù)沖擊地壓的破壞后果分為沖擊地壓現(xiàn)象(不造成人員傷亡、巷道不發(fā)生較大破壞、設備設施無損壞、財產無損失等)、沖擊地壓事件(破壞范圍不大、設備設施不損壞、財產損傷較小)和沖擊地壓事故(造成人員傷亡、巷道破壞、設備設施損壞、財產損失等)。

1.3 沖擊地壓的中文別名

沖擊地壓還有很多別名，例如“煤炮”、“煤爆”等，下面進行簡要介紹。

煤炮：礦井的沖擊地壓(一般稱為大煤炮)是一個復雜的問題(林景云， 1959)。撫順勝利礦、撫順煤炭科學研究所三結合小組在論文《撫順勝利礦高壓注水予防沖擊地壓試驗》中認為“撫順勝利煤礦的沖擊地壓又稱煤炮”，文中報道了通過向煤層高壓注水預防沖擊地壓的方法和有效實施效果，“硬質脆性的煤較軟煤掌子煤炮較多…… 有淋水的掌子煤炮就小…… 注水前后采場效果‘四大變?yōu)樗男　?，即注水前回采工作面煤炮大、煤塵大、煤爆(片幫)大、瓦斯大，注水后變?yōu)樗男。好号谛?、煤塵小、煤爆小、瓦斯小”(撫順勝利礦，撫順煤炭科學研究所三結合小組， 1971)。四川綿陽天池煤礦在《對天池煤礦發(fā)生“煤炮”—沖擊地壓機理的初步認識》中認為“煤炮又叫沖擊地壓，是礦山應力顯現(xiàn)的一種特殊現(xiàn)象…天池煤礦自1958年建礦17年來不完全地統(tǒng)計共發(fā)生大小“煤炮”事故約數(shù)千余次。死亡計XX人，重傷殘廢者5人，輕傷數(shù)十余人，給采掘工作帶來很大危害”(綿陽地區(qū)天池煤礦， 1976)。章夢濤認為，沖擊地壓發(fā)生的強度較大時，主要是圍巖參與釋放彈性能。震級較小沖擊地壓如煤炮、煤拋射，圍巖可能不參與釋放能量，只是煤(巖)破裂所釋放的能量(章夢濤， 1985)。楊根地認為，煤炮發(fā)生前幾乎沒有什么明顯預兆，并把煤炮劃分為小煤炮(聲小、音脆、無明顯破壞性)、大煤炮(聲大、音沉重、有時象雷聲，且伴有小煤炮發(fā)生，破壞性較大，常造成巷道支架折損，頂板冒落，片幫、底鼓、兩幫煤壁內移、溜槽彈起、巷內煤塵飛揚，人有受沖擊或震動的感覺)和特大煤炮(常造成大范圍破壞，巷道垮冒、堵埋人員、震動波及地表)……1993年11月8日順槽放炮誘發(fā)特大煤炮，使得30多米巷道垮冒，堵埋5人，死亡2人，地震臺測定震級達1.5級(楊根地， 1997)。王加升在論文中把煤炮和沖擊地壓并列看待，認為“河南千秋煤礦沖擊地壓多次發(fā)生，煤炮現(xiàn)象頻繁”(王加升， 2004)。張新榮等認為“煤炮是趙各莊礦動力顯現(xiàn)的主要形式。較大的煤炮有可能使巷道產生較大的震動，支架晃動，碎煤下落，甚至煤壁片幫。深井軟巖具有發(fā)生較嚴重型沖擊地壓事故的可能，但頻度小，難發(fā)現(xiàn)。”(張新榮等， 2008)。杜學領等(2017)認為煤炮是沖擊地壓的一種重要前兆信息…煤炮程度較淺時，表現(xiàn)為煤巖體中噼啪的響聲和震動…煤炮較為嚴重且較短時間內集中釋放，則可能導致采掘空間的煤巖體大范圍失穩(wěn)形成沖擊地壓。如山西忻州窯礦…多個工作面頻繁發(fā)生煤炮…煤層內發(fā)出像放炮似的聲響，有時響幾聲，幾十聲，甚至達百聲。河南千秋煤礦…輕微的煤炮只有聲響、無煤崩出； 較嚴重的煤炮不僅有聲響，還可能崩出幾十公斤到上百噸的煤炭； 更大的煤炮…可能產生巨大震動和沖擊波，造成長距離破壞、設備損毀、人員傷亡等(杜學領等，2017)。

煤爆：李典文根據(jù)《1972年日本采礦與冶金學會和美國采礦、冶金與石油工程師學會的聯(lián)合會議文集》翻譯了論文《美國礦業(yè)局關于地壓控制的新技術與新設想》(原文作者威廉·R·韋梅特)，文中提到“卸載法控制巖爆與煤爆…礦業(yè)局發(fā)展的金屬礦控制巖爆的方法同樣適用于煤礦控制煤爆”(李典文， 1975)。洪長發(fā)在論文中認為，煤礦中的瓦斯突發(fā)、“煤噴”(煤爆、巖爆)，以及給人類生活帶來極大破壞性的地震災害，這些現(xiàn)象都與地應力作用有關(洪長發(fā)， 1981)。谷德振在《地質論評》上撰文《中國工程地質學的發(fā)展》認為“礦山工程地質方面…在煤炭礦山建設中，對軟巖的工程地質特性，巖爆、煤爆，地下水突然襲擊問題等進行過大量的工作”(谷德振， 1982)。閻巖(1982)認為“撫順煤礦沖擊地壓大致分為煤爆、淺部沖擊和深部沖擊3種。煤爆威力小，聲如機槍，伴隨采掘面的嚴重片幫現(xiàn)象，經常大量出現(xiàn)。淺部沖擊和深部沖擊屬于強烈沖擊。沖擊地壓發(fā)生時，有的伴隨小的煤爆聲，有的沒有任何預兆，有的連續(xù)沖擊，嚴重的達十幾分鐘，聲如機槍、巨雷、大炮。震動范圍甚至達幾百米以上”。趙本鈞(1987)也認為“龍鳳礦的沖擊地壓現(xiàn)象大致可分為：煤爆、淺部沖擊和深部沖擊3種情況…經常的大量的是煤爆…力度不大。淺部沖擊和深部沖擊均屬較強烈的沖擊”。劉寶琛等(1983)認為，煤在破壞過程中發(fā)生聲發(fā)射、振動及煤塊拋擲現(xiàn)象。在現(xiàn)場，此類現(xiàn)象稱為煤爆。喬福祥(1984)根據(jù)當時我國煤礦已發(fā)生的沖擊地壓(煤爆)情況，歸納了沖擊地壓發(fā)生的6個條件。章夢濤(1985)認為，龍鳳礦目前開采的煤體，埋深710m…壓性載荷下煤體破壞，如果這時圍巖不參與釋放能量，這時的沖擊地壓震級低，可能為煤爆或煤拋射等，煤(巖)首先發(fā)生裂隙失穩(wěn)擴展的區(qū)域稱為沖擊源。陳宗基1987年在《巖爆的工程實錄、理論與控制》(本文是Tjongkie T(陳宗基英文名)在1986年國際學會會議上論文的譯文)一文中，認為巖爆不止發(fā)生在水電站隧洞中，在煤礦中也會發(fā)生。地下采煤的災禍大多數(shù)是因煤爆引起的，在一些地方，巷道頂板和底板中也會出現(xiàn)巖爆。例如龍鳳礦已發(fā)生50起煤爆，天池煤礦在200～700m深處發(fā)生煤爆，其原因歸因于背斜和復雜地質特征的影響。另外，門頭溝礦在700～900m深處的89起煤爆和龍鳳礦700m深處50%的煤爆是因爆破觸發(fā)的(陳宗基， 1987)。1987年12月4～7日在北京召開的中國巖石力學與工程學會理事會擴大會議，對我國當時巖石力學發(fā)展的戰(zhàn)略問題進行了分組討論，其中在全國范圍內各類研究課題的安排重點及主攻方向把“巖爆、煤爆預報和預處理理論和技術”作為各系統(tǒng)的側重點問題之一(朱維申， 1988)。上述論文中把巖爆和煤爆并列，或者把煤爆看成是沖擊地壓程度很弱的一種形式，即周圍煤層不參與釋放能量情況下的煤體爆裂或拋射。在另一些論文中，把沖擊地壓看作巖爆，例如“據(jù)統(tǒng)計，自1947年至今(1996年)因煤礦開采引起的巖爆達621次。其中門頭溝礦達520次，成為我國發(fā)生巖爆最嚴重的煤礦之一”(左文智等， 1996)。

在有關沖擊地壓(包括煤炮、煤爆等)的論文中，中文名稱所對應的英文名稱有很多表達形式(部分早期的論文只有中文題目，沒有對應的英文題目)，如rock burst、rockburst、coal burst、coalburst、coal bump、rockburst in coal mine、burst in coal mine、impact ground pressure、shocking underground pressure、impact rock pressure、rock-burst、outburst、rock outburst、mine pressure bump、coal mine rock burst、mine pressure bumping、mine strata pressure bump等等。這也反應了研究人員對沖擊地壓的認識還未取得一致，不能用rock burst或者rockburst統(tǒng)一概括和表達。

1.4 巖爆、沖擊地壓名稱區(qū)別和特點

巖爆和沖擊地壓在名稱含義上存在差異。巖爆、沖擊地壓本意是要體現(xiàn)圍巖或煤層的動力破壞過程和現(xiàn)象。巖爆完全體現(xiàn)了這一點，巖爆指的是巖石的爆裂，是從物體運動的角度命名，用巖石來修飾爆裂。巖爆名字的直觀性很強，從名字可以體現(xiàn)巖石運動現(xiàn)象，非常具體明確。沖擊地壓則是用沖擊來修飾地壓，“地壓”一般理解為“地層壓力”，是從壓力的角度命名。地壓是力的形式，沖擊地壓無法直接觀測，只能通過煤層的破壞間接感知，從名字上無法體現(xiàn)具體物體的運動特征，是綜合的含義。如前所述，有的文獻中把“沖擊地壓”稱作“煤爆”。“煤爆”類同于“巖爆”，指的是煤的爆裂，在概念上和巖爆相似。另外，有時把煤礦中發(fā)生“沖擊地壓”稱作“巖爆”，與之形成鮮明對比的，隧道或硬巖礦山中的“巖爆”基本不會稱作“沖擊地壓”。這實際上反映了一個包含和被包含的隸屬關系。

煤礦中開采動力現(xiàn)象的名詞很多，如“沖擊地壓”、“礦震”、“煤炮”、“煤爆”、“煤突出”、“煤與瓦斯突出”以及涉及到礦壓的“頂板來壓”、“工作面來壓”、“老頂來壓”、“初次來壓”、“周期來壓”、“二次來壓”等，這些術語及概念之所以復雜且容易混淆，和煤礦開采的煤層三相介質、沉積層生成特點、煤層地域、煤層結構分布(包括煤層角度、厚度、多層結構)、開采方法(長壁、短壁、房柱式、放頂煤、分層開采)、開采工藝、開采擾動強度大(路徑復雜、開采體量大)、開采工序相對較多、形成的采空區(qū)域相對復雜密切相關，眾多因素相互影響。而隧道及隧洞施工過程中，短期施工進程中不但硬巖性質單一，而且單路徑開挖和單一施工方法(鉆爆法或TBM法)，因此，巖爆問題和概念相對簡單明了，也沒有相關其他動力現(xiàn)象概念，不會產生歧義混淆。

此外，在研究巖爆和沖擊地壓時，存在很多專業(yè)術語稱謂不一致的情況。例如廣泛應用的Strain Energy Storage IndexWet直譯為應變能存儲指數(shù)(Kidybiński， 1981)。國內學術論文、國家標準和行業(yè)標準在引用和使用過程中對其符號、表達公式有多種，中文譯名包括應變能指數(shù)、彈性變形能系數(shù)、彈性應變能指數(shù)、巖爆傾向性指數(shù)、彈性能指數(shù)、彈性能量指數(shù)、彈性能量(應變能)指數(shù)、沖擊傾向指數(shù)。朱之芳在研究沖擊地壓問題時，建立了能量沖擊性指標ACF(朱之芳， 1985， 1986)。后來在《沖擊地壓測定、監(jiān)測與防治方法——第2部分煤的沖擊傾向性分類及指數(shù)的測定方法》(GB/T25 21712-2010)中稱之為沖擊能量指數(shù)KE(中華人民共和國國家標準編寫組， 2010)。對于造成這種情況的原因，可能是在各自行業(yè)的不同習慣稱呼所致。對各種中英文名稱及符號，引用時科學的做法要尊重并使用原始文獻的初始名稱或英文直譯名，避免出現(xiàn)替換名稱眾多以及曲解原文本意的情況。

2 巖爆和沖擊地壓的主要差異

2.1 表觀現(xiàn)象不同

表觀現(xiàn)象是巖爆和沖擊地壓最突出的特點和最主要的表現(xiàn)形式。以深部隧道工程為例，巖爆發(fā)生部位的圍巖新鮮完整，干燥無水，多發(fā)生在掌子面及其附近(3倍洞徑)，有的距離掌子面較遠。發(fā)生部位在隧洞的掌子面拱底、拱頂、拱腰，以拱頂和拱腰居多。巖爆在掌子面開挖后24h內發(fā)生最為明顯，發(fā)生前一般無明顯預兆。巖爆發(fā)生時，伴隨著各種不同程度的聲響。彈射、爆裂的巖片多呈中間厚、周邊薄、不規(guī)則狀落，脫落面多與巖壁平行。巖爆時圍巖破壞的規(guī)模，小者為厘米級的巖片，大者可多達數(shù)十噸重。沖擊地壓發(fā)生前有時存在小的爆裂聲，有時沒有任何預兆。發(fā)生時煤巖體被突然拋出拋向巷道，嚴重時伴隨著不同程度的震動、聲響和空氣沖擊波，有時掀起巨浪及氣浪，還可能發(fā)生粉塵飛揚，巷道發(fā)生垮落破壞，嚴重時頂?shù)装迤茐纳踔链輾锏?，造成支架與設備損壞、人員傷亡。沖擊地壓發(fā)生后的煤層碎裂成大小不一的碎塊、顆粒和粉塵狀，有時摻雜頂?shù)装宓膸r塊。

在對巖爆和沖擊地壓現(xiàn)象進行分析時，必須區(qū)分本質現(xiàn)象和工程現(xiàn)象，即區(qū)分兩者本身的科學問題與作為災害事故的后果之間的關系。尤其是對于造成設備損壞、人員傷亡等情況，這是巖爆和沖擊地壓作為災害事故的后果，并不是科學問題的本身。設備損壞、人員傷亡情況主要取決于巖爆和沖擊地壓發(fā)生地點的設備和人員存在情況，和巖爆、沖擊地壓的破壞本質沒有必然聯(lián)系。

2.2 限定對象不同

巖爆和沖擊地壓的限定對象和前面的表觀現(xiàn)象互相聯(lián)系。針對巖爆和沖擊地壓發(fā)生的介質對象，分別利用深部圍巖和深部煤層來限定更加科學合理。深部圍巖是指在深部巖石工程中，由于受開挖影響而發(fā)生應力狀態(tài)改變的周圍巖體，體現(xiàn)了工程因素(人的因素)的影響。和深部巖體相比，利用深部圍巖限定巖爆會更加具體明確。遠離開挖區(qū)域的深部巖體處于靜水壓力的原始狀態(tài)，也沒有臨空面，很難受到影響，不易發(fā)生巖爆。同理，利用深部煤層限定沖擊地壓的表達效果更好。沖擊地壓都發(fā)生在深部煤層中，這一點和煤炭資源的層狀沉積地質結構特征相符合。相對于深部煤或深部煤體而言，深部煤層一定程度上更能體現(xiàn)工程因素，表明煤礦開采強度較大，可以更好地表達沖擊地壓的內涵。

2.3 研究對象不同

研究對象是科學認識巖爆和沖擊地壓問題的根本所在，和2.2節(jié)的限定對象緊密相關。巖爆主要發(fā)生在深部較硬質以上圍巖中，沖擊地壓發(fā)生的深部煤層屬于較軟質或軟質的巖石(把煤看作巖石并利用國標工程巖體分級標準衡量煤堅硬程度)。不論是工程現(xiàn)場巖爆還是室內試驗數(shù)據(jù)都顯示，巖爆發(fā)生時巖石單軸抗壓強度(Uniaxial compressive strength，簡稱UCS)基本大于60MPa(陶振宇， 1988； 張志強等， 1998； 宮鳳強等， 2018； Gong et al.，2019d)。這和國家標準《工程巖體分級標準》(GB T50218-2014)(中華人民共和國國家標準編寫組，2015)中較硬巖區(qū)間的上限60MPa相對應。而發(fā)生沖擊地壓的煤層單軸抗壓強度絕大多數(shù)小于30MPa，這和較硬巖區(qū)間的下限(即較軟巖區(qū)間的上限)相對應，甚至有的煤層單軸抗壓強度在十幾兆帕，屬于典型的較軟巖或軟巖(即煤礦開采以及沖擊地壓研究中的“硬煤”屬于“軟巖”)。綜上所述，如果以巖石單軸抗壓強度大于60MPa這個標準對煤層進行衡量，煤層中絕對不可能發(fā)生沖擊地壓，但是據(jù)中國煤礦沖擊地壓情況資料顯示，所有煤種(包括褐煤)均發(fā)生過沖擊地壓(潘俊鋒， 2015； 潘一山， 2018a)。由此可見，巖石堅硬程度標準不適用于衡量煤的軟硬程度。在研究對象力學特性上，巖爆和沖擊地壓存在根本區(qū)別。

2.4 賦存條件不同

發(fā)生巖爆的深部圍巖多數(shù)屬于火成巖、變質巖及部分沉積巖，巖性相對單一，絕大部分都是非常新鮮無風化的完整巖體，干燥無水，空間分布位置和體積相對隨機。發(fā)生沖擊地壓的深部煤層大多為沉積巖(隋旺華， 2017； 潘俊鋒， 2019)，基本成層狀分布(包括水平、傾斜、緩斜、急斜煤層)，而且頂板、底板屬于不同性質的巖石，頂板、煤層和底板各自厚度也不相同。沖擊地壓發(fā)生的煤層條件各異，緩斜和急斜煤層、軟和堅固煤層、中厚和厚煤層中都有可能發(fā)生(C.Г. 阿維爾申， 1959)。在中國，各種巖層頂板(礫巖、砂巖、灰?guī)r、油母頁巖等)、各種厚度煤層(薄、中厚、厚和特厚煤層)和各種傾角煤層(水平、緩傾斜、傾斜、急傾斜)都發(fā)生過沖擊地壓(潘一山， 2018a)。

2.5 行業(yè)領域不同

巖爆主要發(fā)生在水電、交通及硬巖礦山領域。沖擊地壓主要發(fā)生在煤礦領域。在把煤看成是一種特殊巖石的情況下，有的專家認為沖擊地壓也是廣義巖爆的一種。由此帶來的問題是，水電、交通、硬巖礦山領域本來就用狹義“巖爆”術語，把沖擊地壓納入廣義“巖爆”后，存在狹義“巖爆”和廣義“巖爆”重名的情況，這反而更易造成誤解，使用起來也不方便。如2.3節(jié)所述，狹義“巖爆”中的一些基本常用巖爆判別標準也不適用于沖擊地壓研究。煤礦領域的硬煤、軟煤概念，和水電、交通領域中的硬巖軟巖完全不是一個概念，也不容易被狹義“巖爆”研究領域的專家所理解和接受。由于各自的領域相差太大，極易造成交流困難。因此，不應該把巖爆和沖擊地壓都納入廣義“巖爆”范疇中，適宜分開對待和研究。

2.6 工程建設方法不同

如2.3節(jié)、2.4節(jié)所述，深部圍巖和煤層的強度特性、賦存條件在一定程度上決定了各自開挖及開采方法的不同。深部圍巖堅硬程度決定了硬巖開挖主要采用鉆爆法或TBM法，水電、交通領域的工程特點決定了隧洞及隧道開挖路徑基本是單一路徑，開挖尺寸、斷面面積相對較大。工程案例表明，不論是鉆爆法還是TBM法，都會遭遇巖爆。巖爆主要發(fā)生在水平向深部硬巖的交通隧道、引水隧洞、金屬礦山巷道中，在一些深部隧道和礦山的豎井建設中也會出現(xiàn)(徐士良等， 2010； 付士根等， 2016； 金志偉等， 2019)。對于屬于較軟質或軟質的煤層，主要采用機械式的采煤切割機開采，以長壁開采方法為主。煤礦高強度的開采規(guī)模要求多個工作面同時開采以及分層開采，開采路徑相對復雜，開采尺寸、工作面面積相對較小，但是開采后形成的范圍和空間很大。統(tǒng)計資料顯示，各種采煤方法(長壁、短壁、房柱式、放頂煤、分層開采)和各種采煤工藝(綜采、普采、炮采和水采)都發(fā)生過沖擊地壓(潘一山，2018a)。

2.7 工程建設目的、要求及支護性質不同

交通隧道及引水隧洞等地下工程開挖考慮的目的是空間利用。通常情況下按照工程設計方案，在指定的地層開挖空間出來，因此開挖斷面和尺寸相對限定，開挖后圍巖不允許發(fā)生破壞或大變形，工程支護絕大多數(shù)屬于永久性支護。從控制深部圍巖破壞及變形角度而言，永久性支護對防治巖爆更加有利。煤礦(及金屬礦)地下開采考慮的目的是獲取礦產資源，以礦體(煤層和礦脈)為中心設計采礦方法。由于礦體賦存條件復雜，為了安全高效獲取礦體，會有各種各樣的采礦方法及工藝。相對而言，采礦工作面、巷道及豎井斷面和尺寸要求不太精細，開挖后圍巖允許發(fā)生一定的破壞和大變形。只要不發(fā)生安全事故、不影響正常生產即可，因此礦山工程支護絕大多數(shù)屬于臨時性支護(金屬礦圍巖多數(shù)屬于硬巖，承載能力高穩(wěn)定性強，對支護要求相對更低)。從安全的角度，臨時性支護對防治沖擊地壓相對不利。

2.8 誘發(fā)機理不同

發(fā)生巖爆的圍巖屬于硬巖，強度相對較高，承載能力高。巖爆發(fā)生前，深部圍巖受地應力作用，內部積聚了大量彈性能。在擾動應力作用下，深部圍巖遇到合適的條件發(fā)生破壞，破壞過程中剩余的彈性能轉變成動能釋放出來。沖擊地壓發(fā)生在煤層中，較軟的煤體強度較低、承載能力也較低，地應力和擾動應力之和，和煤層強度相當，甚至超過煤層強度。深部煤層在開采前，由于煤體內部微結構及宏觀上層狀特征明顯，在各種應力作用下(局部區(qū)域達到過載應力狀態(tài))，由于三維狀態(tài)的存在并不發(fā)生失穩(wěn)。煤層雖然承受地應力作用儲存一部分能量，但是地應力加載形成的彈性能相當一部分儲存在頂板巖層中。開采過程中，煤層由三維應力狀態(tài)卸載成二維甚至一維狀態(tài)，形成了臨空面，煤層強度降低，從而失穩(wěn)誘發(fā)沖擊地壓，大量動能釋放出來。發(fā)生沖擊地壓時，表觀現(xiàn)象是煤層的沖擊能量釋放，但是實際上頂板巖層也提供了能量補給源。因此，巖爆誘發(fā)機理一般只需要考慮圍巖的能量系統(tǒng)，但是沖擊地壓往往必須要考慮煤層-頂?shù)装褰M合的能量系統(tǒng)。

2.9 傾向性判據(jù)不同

對巖石而言，傾向性判據(jù)一般稱為巖爆傾向性判據(jù)； 對煤，通常用沖擊傾向性判據(jù)； 分別體現(xiàn)“爆”和“沖擊”的特點。不論是巖石的巖爆傾向性判據(jù)還是煤的沖擊傾向性判據(jù)，都是從材料的角度表征巖石或煤發(fā)生動力破壞程度的指標，其中最常見應用最廣泛的是Wet指標。Kidybiński在“Bursting liability indices of coal”介紹了Szecówka 等在論文中提出的The Strain Energy Storage IndexWet(Szecówka Z et al.，1973； Kidybiński， 1981)。國家能源行業(yè)標準《水電工程巖爆風險評估技術規(guī)范》(NB/T 10143-2019)(中華人民共和國行業(yè)標準編寫組，2019)把Wet作為工程地質和試驗資料缺乏時的巖爆等級評價指標，稱之為彈性變形能指數(shù)。另外，關于巖石的巖爆傾向性判據(jù)，早期開展了一些研究(譚以安， 1992； 潘長良等， 1997； 李庶林等， 1998； 李庶林等， 2001)。很多研究人員對我國首座埋藏深度超過千米的安徽銅陵冬瓜山銅礦礦巖巖爆傾向性和防治措施進行了深入研究(馮濤等， 1998； 王文星等， 1998， 2001； 謝學斌， 1999； 郭然， 2000； 祝方才， 2001； 唐禮忠等， 2002a，2002b)。馮濤等(1998)提出了測定巖爆巖石彈性變形能量指數(shù)的新方法。王文星等(1998， 2001)提出了一種評價巖爆傾向性的脆性指數(shù)。唐禮忠等(2002b)提出了剩余能量指數(shù)。宮鳳強等首次提出了根據(jù)巖石試樣單軸壓縮破壞后現(xiàn)象作為依據(jù)的巖石室內試驗巖爆傾向性等級劃分標準，同時基于線性儲能規(guī)律提出了剩余彈性能指數(shù)和峰值應變能存儲指數(shù)(宮鳳強等， 2018； Gong et al.，2019c、2019d)，并總結了國內外現(xiàn)有的20種方法進行了對比分析，具體情況見文獻“Rockburst proneness criteria for rock materials： review and new insights”(Gong et al.，2020a)。關于煤的沖擊傾向性，很多研究研究人員也進行了深入研究，提出了各種沖擊傾向性判據(jù)(張萬斌等， 1986； 陳紹杰等， 2007； 鞏思園等， 2012； Gong et al.，2021)。國家標準《沖擊地壓測定監(jiān)測與防治方法——第2部分：煤的沖擊傾向性分類及指數(shù)的測定方法》(GB/T25217.2-2010)(中華人民共和國國家標準編寫組，2010)采用4項指標判定煤的沖擊傾向性，即彈性能量指標Wet、沖擊能量指數(shù)ACF、動態(tài)破壞時間DT、單軸抗壓強度σc。兩者傾向性判據(jù)不同的根本原因在巖石和煤屬于兩種不同的地質體(承載強度、儲能能力和彈脆性均存在很大區(qū)別)。

需要指出的是，巖石的巖爆傾向性、煤的沖擊傾向性和巖爆、沖擊地壓發(fā)生可能性是兩回事，一個是材料能耗屬性，一個是發(fā)生概率，不能混為一談。巖爆傾向性大或煤沖擊傾向性強意味著一旦發(fā)生巖爆或沖擊地壓釋放出的能量多，但并不意味著發(fā)生巖爆或沖擊地壓的頻率高及可能性大。

2.10 劃分類型不同

巖爆劃分的類型有：洞室圍巖表部巖爆、礦柱或大范圍圍巖巖爆、斷層錯動巖爆(張倬元等， 1994)； 爆裂彈射型、片狀剝落型和洞壁垮塌型(郭志， 1996)； 一般巖爆和純巖爆兩種(陶振宇， 1988)； 強度應力型巖爆和構造型巖爆，構造型巖爆又劃分為構造尖端型、構造應變型和構造滑移型(中華人民共和國國家標準編寫組， 2016)； 水平應力型、垂直應力型和混合應力型，混合應力型大體歸納為3個亞類(譚以安， 1991)； 應變型和斷裂型(Hoek et al.，1995)； 自發(fā)型和遠源觸發(fā)型(Kaiser et al.，1996)； 應變型和巖柱型(Ortlepp， 1997)； 本源型(自發(fā)型)、激勵型(誘導型)(馮濤， 1999)； 應變型、構造型和應變-構造混合型(錢七虎， 2010)； 均勻巖體巖爆、非均勻巖體巖爆(錢七虎， 2010)； 開挖型、開挖-沖擊誘發(fā)型、煤礦頂板垮落沖擊型和斷層錯動沖擊型(何滿潮， 2010)； 即時型和時滯型(陳炳瑞等， 2012； 馮夏庭等， 2012)； 應變型和滑移型剪切型(錢七虎， 2014)。

關于沖擊地壓的分類有時和沖擊地壓的破壞程度混合在一起，此處僅介紹類型。沖擊地壓的類型有：冒落型、沖擊型、斷層型和錯動型(張少泉等， 1993)； 采掘誘發(fā)的煤(巖)體壓應力型、頂?shù)装迨芾瓚π蜎_擊地壓及斷層走滑受剪型沖擊地壓(邰英樓等， 1998)； 重力型、構造應力型、中間或重力-構造型(竇林名等， 2001)； 煤體壓縮型、頂板斷裂型和斷層錯動型(潘一山等， 2003)； 采礦型和構造型，采礦型又分為壓力(煤柱)型、動力(圍巖)型和復合型(竇林名等， 2006)； 材料失穩(wěn)型、滑移錯動型和結構失穩(wěn)型(姜耀東等， 2014)； 應變型沖和剪切型(錢七虎， 2014)； 深部動靜載疊加型沖擊地壓、深部高靜載加載型沖擊地壓和深部高靜載卸荷型沖擊地壓(潘俊鋒等， 2020a， 2020b)。

2.11 劃分等級不同

巖爆等級劃分大體上差不多，主要有：弱、中等、強烈、極強(譚以安， 1988)； 弱、中等、強烈和極強； 輕微、中等、強烈、劇烈(徐林生等， 1999a)； 輕微、中等、強烈、極強(馮夏庭等， 2013)； 輕微(Ⅰ級)、中等(Ⅱ級)、強烈(Ⅲ級)、極強(Ⅳ級)(中華人民共和國行業(yè)標準編寫組， 2008)； 輕微、中等、強烈、極強(中華人民共和國行業(yè)標準編寫組， 2009)； 輕微、中等、強烈、極強(中華人民共和國行業(yè)標準編寫組， 2016)； 輕微、中等、強烈、極強(中華人民共和國行業(yè)標準編寫組， 2019)。各種等級劃分標準都有各自的依據(jù)。

沖擊地壓等級劃分為：煤和巖石的射擊、中等深部沖擊和深部沖擊(C.Г. 阿維爾申， 1959)； 煤爆、淺部沖擊地壓和深部沖擊地壓(趙本鈞， 1987)； 微沖擊、煤炮、沖擊地壓、嚴重沖擊地壓(蘆子干等， 1985)； 拋出、煤炮、微沖擊和真正的沖擊地壓(И.М. 佩圖霍夫， 1994)。彈射、礦震(較弱礦震成為微震，也叫煤炮)、弱沖擊和強沖擊(竇林名等， 2001)。以上分類實際上把影響生產、造成損失的沖擊地壓現(xiàn)象才看成是真正的沖擊地壓，但是強度和分類均使用相同的“沖擊地壓”概念進行表述，邏輯概念存在重合。另外，因為沖擊地壓現(xiàn)象有很多名稱，以各種動力沖擊現(xiàn)象(包括各類別名)作為劃分沖擊地壓等級的標準，不便于統(tǒng)一。這也是不能像巖爆等級那樣相對統(tǒng)一的主要原因之一。

沖擊地壓本質上是煤層不同程度的動力破壞現(xiàn)象，應按照沖擊強度及后果進行等級劃分，這樣既不會概念混亂，也便于深入研究和學術交流。目前這類等級有：輕微沖擊(Ⅰ級)、中等沖擊(Ⅱ級)和強烈沖擊(Ⅲ級)(竇林名等， 2001)； 按沖擊地壓烈度和強度分為1(微弱)、2(弱)、3(中等)、4(較強)、5(強烈)和6(極強烈)(潘一山， 2018a)。

2.12 等級評價方法不同

劃定等級后需要進行評價，等級評價往往和預測預報聯(lián)系緊密。巖爆等級評價方法有很多種。在國家能源行業(yè)標準《水電工程巖爆風險評估技術規(guī)范》(NB/T 10143-2019)(中華人民共和國行業(yè)標準編寫組，2019)中，規(guī)定在勘察設計階段，水電工程巖爆等級評價方法主要可采用工程地質分析法、巖石強度應力比法、巖石應力強度比法、彈性變形能指數(shù)法、RVI指標法、能量釋放率方法、局部能量釋放率方法、神經網絡方法、距離判別分析法等； 在施工階段，除前4種方法可作為輔助方法外，主要方法中另外增加了巖爆微震監(jiān)測預警法(中華人民共和國行業(yè)標準編寫組， 2019)，上述內容基本涵蓋了目前巖爆等級評價及預測的所有方法(宮鳳強等， 2007a， 2010b； Tang et al.，2010； 馬天輝等， 2014)。

沖擊地壓危險性(等級)可以采用采礦法，包括鉆屑法、綜合指數(shù)法、沖擊傾向性分類法、數(shù)值模擬分析方法； 也可以采用采礦地球物理法，包括微震法、聲發(fā)射法、電磁輻射法、振動法及重力法(姜福興， 2006； 蔡武等， 2014； 周輝等， 2015； 姜福興等， 2017； 竇林名等， 2017)。此外，還有礦壓觀測法、支架壓力監(jiān)測法、采動應力測量法等(潘一山， 2018a)。

需要指出的是，很多巖爆判據(jù)中廣泛使用巖石強度應力比法、巖石應力強度比法(陶振宇， 1988； 王元漢等， 1998； 徐林生等， 1999b； 張鏡劍等， 2008； 中華人民共和國國家標準編寫組， 2008，2016； 張鏡劍， 2010； 中華人民共和國行業(yè)標準編寫組， 2009， 2019)。由于煤的單軸抗壓強度相對偏低，如果使用這兩類巖爆判據(jù)判別煤的沖擊傾向性，判別結果幾乎都強沖擊地壓，顯然不符合實際情況，因此這兩類巖爆判據(jù)很少在沖擊地壓研究領域使用。這也在一定程度上說明巖爆和沖擊地壓的研究對象存在本質區(qū)別，適宜分開研究。

最后，關于巖爆和沖擊地壓的差異分析討論，主要見于煤炭類雜志，在巖石類雜志中沒有。由此可見研究人員對于巖石工程中的巖爆概念沒有異議，但是對于發(fā)生在煤體中的沖擊地壓定義還存在討論。這種狀況本身就說明沖擊地壓不能等同于巖爆，兩者存在差異，理應分開區(qū)別對待。

3 關于巖爆和沖擊地壓的幾點認識

3.1 巖爆和沖擊地壓的深部工程地質災害共同屬性

不論是巖爆還是沖擊地壓，同屬于典型的深部工程地質災害現(xiàn)象。這里面包含兩層含義： ①深部工程，即由于礦產資源開采和地下空間利用等需要，在水電、交通、金屬礦山、煤礦等領域進行深部工程建設(開挖或開采)，而且深度越來越深，規(guī)模越來越大。深部工程建設已成為地下工程發(fā)展的趨勢。②地質災害。在深部工程建設過程中，打破了深部圍巖和深部煤層的三維平衡狀態(tài)，形成二維甚至一維受力狀態(tài)，導致臨空面附近的圍巖和煤層發(fā)生破壞，并釋放出動能，從而有可能造成人員傷亡、機械損毀、生產延誤、經濟損失等，引發(fā)災害事故。與之形成對比的是，淺部工程建設中很少遇到巖爆和沖擊地壓。巖爆和沖擊地壓完全是由于深部工程建設引發(fā)的，不進行深部工成建設則不會遇到巖爆和沖擊地壓，因此屬于典型的工程地質災害。又因為發(fā)生在深部工程中，巖爆和沖擊地壓更加確切的是屬于典型的深部工程地質災害。

3.2 深部和高地應力的關系

眾多工程現(xiàn)場統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，隨著深度的增加，巖爆和沖擊地壓發(fā)生頻率和數(shù)量呈增加趨勢。目前對深部的界定有多種定義和方法(錢七虎， 2004； 何滿潮等， 2005； 王明洋等， 2006； 謝和平等， 2015b； 李夕兵等， 2017； 張建民等， 2019)。深部通常是深度的概念，以示和淺部的區(qū)別，使用深部概念可以更好地理解巖爆和沖擊地壓等深部工程地質災害現(xiàn)象。和深部概念相比，從力學的角度研究巖爆和沖擊地壓，更加相關的是高地應力概念(姚寶魁等， 1985； 陶振宇， 1987； 徐林生等， 2002； 王成虎等， 2009； 陳菲等， 2015)。有的研究認為工程勘探時出現(xiàn)餅狀巖芯(巖芯“餅化”)及巖爆現(xiàn)象是高地應力的表現(xiàn)(石金良， 1979； 白世偉等， 1983； 宋恕夏， 1984； 李朝國， 1984)。1983年劉國昌在《西安地質學院學報》發(fā)表論文《高應力的地區(qū)礦區(qū)工程地質問題(以金川礦區(qū)為例)》中認為“最大主應力值隨深度增加，水平應力大于垂直應力1.0倍到1.2倍為高應力區(qū)”(劉國昌， 1983)。陶振宇(1987)認為“高地應力是…… 水平初始應力分量大大超過其上覆巖層的巖體重量”。姚寶魁等(1985)在文中提到“工程實踐中往往將200～250kg·cm-2左右的巖體初始應力稱為高應力”。薛璽成等(1987)認為“當構造應力占實測地應力的 50%以上即為高地應力區(qū)”。陳菲等(2015)認為“高地應力定義為量值足以導致結構體或巖塊破裂的地應力”，并給出了定性定量判據(jù)。很多規(guī)范和專家認為高地應力是個相對概念，最大地應力值和所處圍巖的強度的相對大小也是衡量高地應力的重要指標(中華人民共和國國家標準編寫組，2008； 中華人民共和國行業(yè)標準編寫組， 2009； 陳菲等， 2015)。大量地應力測試數(shù)據(jù)顯示，埋深在1000m 深度以淺，地應力狀態(tài)以水平應力為主，埋深在1000m 以下，地應力狀態(tài)轉變?yōu)橐源怪睉橹?康紅普等， 2019)。同時，構造應力場的存在和巖爆、沖擊地壓關系密切，褶皺、斷層附近常形成應力集中區(qū)域易誘發(fā)巖爆或沖擊地壓，開挖和采掘活動與構造應力場的相對位置和產生的擾動應力也會產生重要影響(宋振騏等， 1985； 左文智等， 1996； 尹光志等， 1997； 王賢能等， 1998； 喬偉等， 2008；徐士良等， 2010； 蔡美峰等， 2013； 陳菲等， 2015； 韓軍等， 2014； 韓軍， 2016； 劉金海等， 2018； 潘一山等，2018b； 王桂峰等， 2018； 謝克坷等， 2019； 周航等， 2020； 曹安業(yè)等， 2021； 崔峰等， 2021， Gao et al.，2021)。構造應力和擾動應力的存在可以合理地解釋淺部巖爆或沖擊地壓發(fā)生的原因。例如當埋深達100～200m 甚至數(shù)十米時產生巖爆現(xiàn)象(薛璽成等， 1987)； 小灣電站低高程河床壩基表面巖體在開挖過程中出現(xiàn)了“巖爆”(林鋒等， 2009； 伍法權等， 2010)； 個別煤礦在開采深度100～150m的條件下也會發(fā)生沖擊地壓(胡克智等， 1966)； 新疆鐵廠溝煤礦發(fā)生沖擊地壓時的工作面距地表僅155m(潘一山， 2018a)。

3.3 巖爆和沖擊地壓的早期研究

國內關于沖擊地壓的研究時間要早于巖爆，這和我們國家深部煤礦開采和深部隧道(洞)工程建設時間有關。1933年撫順勝利礦開采到地表以下200公尺(m)遭遇了沖擊地壓(林景云， 1959)。新中國成立后，很多煤礦中也出現(xiàn)了沖擊地壓，危害巨大，促使研究人員開始專門研究。同等時期的鐵路隧道及水電隧洞埋深較淺，很少遭遇巖爆現(xiàn)象。后來隧道工程建設以及水電隧洞向深部發(fā)展，開始遇到巖爆現(xiàn)象。

關于沖擊地壓研究性質的學術論文最早見于胡克智等人1966年在《科學通報》發(fā)表的《煤礦的沖擊地壓》一文。該文也提到我國礦山沖擊地壓最早于1933年發(fā)生在撫順煤田的勝利煤礦。作者在文中注明該文為劉寶琛1965年1月在德國萊比錫召開的第七屆國際巖石力學會議上所宣讀的論文的一部分。文中提到礦山沖擊地壓一般發(fā)生在開采深度大于200m的礦山，并舉了大同煤田煤柱失穩(wěn)導致沖擊地壓的案例(胡克智等， 1966)。該文對沖擊地壓現(xiàn)象的特點、發(fā)生的內外部原因都作了說明和分析，但是沒有給出沖擊地壓明確的定義。文中重點對沖擊地壓的發(fā)生條件和發(fā)生基礎(煤的沖擊性)進行了詳細研究，給出了煤巖破壞過程中彈性變形勢能的釋放公式和具有破壞能力的沖擊能公式。該文沒有列參考文獻，也沒有對應的英文論文標題，目前尚未查到作者在國際巖石力學會議所宣讀的論文，因此“沖擊地壓”對應的英文名稱無法查到。章夢濤(1987)根據(jù)煤(巖)變形破壞的機理，提出了沖擊地壓的失穩(wěn)理論，并進行了數(shù)值模擬計算。章夢濤等(1990)提出了沖擊地壓、煤和瓦斯突出的統(tǒng)一失穩(wěn)理論。王來貴等(1990)建立了沖擊地壓的內時模型并進行了有限元法分析。潘一山等(1990)建立了考慮時間效應的沖擊地壓失穩(wěn)理論，并進行了數(shù)值模擬。馮濤等(1993)提出了煤層沖擊傾向性的模糊綜合評判方法。李玉等(1994)研究了沖擊地壓防治中微震活動的分數(shù)維特征。齊慶新等(1995)認為沖擊地壓的發(fā)生與內在因素(沖擊傾向性)、力源因素(高度的應力集中或高度的能量貯存與動態(tài)擾動)有關，煤巖層的結構因素(具有弱面和容易引起突變滑動的層狀結構)也是沖擊地壓發(fā)生的主要因素之一。內在因素、力源因素和結構因素是導致沖擊地壓發(fā)生的最主要因素(齊慶新等， 1995)。

關于巖爆研究性質的學術論文早期集中在一些隧道現(xiàn)場預防及支護措施方面。羅貽嶺(1975)利用能量守恒定理結合施工過程對巖體原始結構的破壞，分析了巖層失去了暫時平衡產生巖爆的過程。文中提到的“巖爆間歇性”、“能量釋放”、“應力重分布”、“平衡狀態(tài)”失穩(wěn)等至今仍在常用，具有重要的參考價值。陶振宇(1976)闡述了巖爆的定義，就是巖石被擠壓到超過它的彈性限度，積聚的能量突然釋放出來所造成的巖石破壞現(xiàn)象。谷德振等、王思敬等認為巖爆是地下圍巖的脆性破裂表現(xiàn)之一，往往伴隨著彈性能的釋放(谷德振等， 1979； 王思敬等， 1987)。20世紀70～80年代我們國家修建很多水電工程(魚子溪、二灘、天生橋、魯布革、太平驛)，上述引水隧洞及隧道施工過程中都遇到了巖爆(姚寶魁等， 1985； 陶振宇， 1988)，從那時起才開始巖爆機理方面的研究工作。1983年10月倫敦地質學會舉行了以巖爆為主題的學術討論會，該會議由英國采礦與冶金學會組織，召開時間為一天。在會議結束時，英國帝國理工學院Brown E T以“Rockbursts： prediction and control”為題進行了總結，發(fā)表在TunnelsandTunnelling上(Brown， 1984)，潘長良對該文進行了翻譯，以《巖爆的預測與控制》為題發(fā)表在《國外采礦技術快報》上(潘長良， 1984)。姚寶魁等(1985)根據(jù)我國的工程實踐，提出了產生巖爆時巖體初始應力場中的最大主應力與巖體強度之間的近似的關系式，并且從斷裂破壞機制方面提出了巖爆發(fā)生的斷裂準則。陸家佑(1986)對圓形水工隧洞巖爆機制進行了分析，認為在脆性巖石中，當應力達到格里菲思準則強度值時發(fā)生巖爆，應力達到極限狀態(tài)時會產生強巖爆。陳宗基(1987)提出了蠕變擴容理論和簡化的脆性破壞理論，分析了南盤江天生橋壓力隧洞中準穩(wěn)定的潛在爆裂危險區(qū)和聲發(fā)射區(qū)。陶振宇(1988)認為巖爆發(fā)展過程分為3個階段：啟裂階段、地應力調整階段和爆裂階段。譚以安(1988， 1989)對巖爆巖石斷口進行了掃描電鏡分析，并分析了巖爆漸進破壞過程。謝和平等(1993)使用損傷力學和分形概念從理論上分析了美國Galena礦山巖爆、美國某深部煤礦煤爆和底板巖爆的微地震事件位置分布的分形維數(shù)，并分析了其分形和物理機理，結果表明，根據(jù)微地震事件分布的分形維數(shù)減小，可以預測預報礦山中主巖爆的發(fā)生。唐春安等(1993)討論了深部開挖引起巷道表面巖爆的圍壓效應，探討了巖石在三維應力作用下圍壓降變形失穩(wěn)的機理。馮夏庭(1994)，馮夏庭等(1998a， 1998b)針對地下酮室?guī)r爆預報，提出了基于神經網絡的自適應模式識別方法，并對深部開采誘發(fā)的巖爆及其防治策略進行了研究，提出了綜合集成智能系統(tǒng)。潘長良等(1997)比較系統(tǒng)地總結了巖爆的預測預報方法。

3.4 巖爆和沖擊地壓術語分開的觀點和客觀必要性

通過第2節(jié)中12個方面的分析可知，巖爆和沖擊地壓客觀上存在很多差異，其概念和內涵存在本質區(qū)別，不是同一事物。在地質介質動力破壞的范疇內，兩者是并列關系，既不能把巖爆看作是沖擊地壓，也不能把沖擊地壓看作是巖爆，應該對兩者進行區(qū)別并分開研究。1982年12月18～20日，煤炭學會巖石力學專業(yè)委員會、煤炭部礦山壓力情報中心站和《煤炭學報》編輯部，在徐州組織召開了煤礦礦山壓力名詞術語中間討論會。關于沖擊地壓，部分專家認為應取消此名詞，改為“礦山沖擊”，但含義上存在兩種觀點： ①認為礦山沖擊是一總稱，應包括煤爆與巖爆、煤與瓦斯突然噴出、礦震及頂板大面積來壓； ②認為礦山動力現(xiàn)象是總稱，包括礦山沖擊，即指煤爆與巖爆、煤與瓦斯突然噴出、礦震及頂板大面積來壓。這兩種意見未能統(tǒng)一，但與會者一致認為上述4種現(xiàn)象在形成機理上各不相同，應該將其分開(《煤炭學報》編輯部， 1983)。齊慶新等(2003)認為“沖擊地壓、巖爆及礦震盡管具有一定的相似性…… 它們無論是在現(xiàn)象上、構成介質的巖性上、還是在發(fā)生機理與控制方法上，都具有實質性的差別……沖擊地壓、巖爆與礦震是具有不同表征意義的礦山巖石力學現(xiàn)象，特別是在煤炭行業(yè)中，建議對這3個術語區(qū)別使用”。唐春安(2010)認為“目前巖爆的定義…… 主要都是從現(xiàn)象角度出發(fā)的……從目前應用領域看，沖擊地壓多用在煤炭開采中，有它的應用背景”。姜耀東(2010)認為“從行業(yè)背景上理解，沖擊地壓和巖爆還是分開為好，定義為同義詞不是很合適”。齊慶新等(2021)認為“考慮到巖爆和沖擊地壓兩者發(fā)生場景和形成機制的確存在區(qū)別，并且國家監(jiān)管層針對沖擊地壓已給出明確概念……倡議將巖爆及其相關概念劃定于巖石隧道工程中，而將沖擊地壓及其相關概念劃定于煤礦工程中”。

劉聽成(1982)對煤礦開采中一些常用的礦山壓力名詞術語及其含義進行了討論，包括地下原巖體中的應力、礦山壓力及其顯現(xiàn)的概念、支承壓力的各種稱呼、煤體邊緣地帶的不同礦壓顯現(xiàn)區(qū)、頂板名稱的定義及其分類、圍巖變形與移動的若干名詞術語、巖體破壞和冒落的若干名稱、頂板來壓現(xiàn)象的一些稱呼、礦壓動力現(xiàn)象及有關術語、礦山壓力控制的幾種提法等。在論文中，還給出了66個需要統(tǒng)一的礦壓名詞術語和建議統(tǒng)一的294個巖石力學與礦壓常用符號。從1982年至今已過去近40年，一些礦壓名詞和常用符號至今尚未完全統(tǒng)一。由此可見，即使同在煤礦領域，對涉及沖擊地壓、煤礦動力災害的一些名詞術語上尚存在爭議，不能取得完全一致的意見。因此，對涉及水電、交通、硬巖礦山等跨領域的巖爆，更加沒必要和煤礦領域的沖擊地壓合并為同一術語，應該分開區(qū)別對待。另外，因為煤礦領域和水電、交通領域在動力災害學術交流方面基本也是相互隔離的，也非常有必要分開對待。

3.5 不能簡單地以行業(yè)領域認識巖爆和沖擊地壓

巖爆和沖擊地壓應該以發(fā)生動力破壞的地質體介質進行科學認識和劃分，而不是以行業(yè)領域進行認識。巖爆專指發(fā)生在深部硬巖工程中的圍巖動力破壞現(xiàn)象，沖擊地壓專指發(fā)生在深部煤礦中的煤層動力破壞現(xiàn)象。不能籠統(tǒng)地認為發(fā)生在深部煤礦中的動力破壞現(xiàn)象都是沖擊地壓，即不能把深部煤礦中的純巖石沖擊現(xiàn)象看成是沖擊地壓，純巖石沖擊現(xiàn)象本質也是巖爆。煤礦井巷工程的巖石巷道在開挖中也會發(fā)生巖爆(潘一山， 2018a)。江西萍鄉(xiāng)礦務局高坑煤礦中的巖爆只發(fā)生在致密、堅硬、性脆、粉晶或隱晶結構的相變硅質石灰?guī)r中，并且認為“巷道開挖前，巖層的原始應力以位能形式維持平衡狀態(tài)……當用爆破法施工，爆破產生沖擊波作用于巖體，巖層瞬時所產生的動應力和位能應變靜應力疊加起來并突然釋放，當應力超過其彈性極限和強度極限時，巖石脆性斷裂，即產生巖爆……巖層的力學性質是產生巖爆的物質基礎，地質構造是產生應力集中的條件，應力狀態(tài)是產生巖爆的動力來源，巷道掘進施工方法則是產生巖爆的導火線。”作者對巖爆發(fā)生的力學原理和內在機理的認識相當深入(張如琯， 1981)。重慶市南桐煤礦區(qū)-200水平的茅口灰?guī)r巷道在掘進中巖爆嚴重?！暗貞Ψe聚、儲存、構成巖體致密、層理不發(fā)育、導水性差，干燥、高溫的厚塊狀石灰?guī)r。掘進時彈性能釋放出來，形成巖爆，伴隨響聲和震動，并有銳利的巖片飛出…… 每班都發(fā)生數(shù)次巖爆。每次爆下來的巖石2～3 車，多的有10多車。巷道頂部基本成為較光滑的巖面，但巖爆仍未停止，脫落非常薄而寬的石片，造成整班停產不能工作”(朱伯遠， 1982)。綜上所述，深部煤礦開采中既可能發(fā)生沖擊地壓，也可能發(fā)生巖爆，兩者不是同一概念。

3.6 正確認識巖爆和沖擊地壓的誘因與防治之間的辯證關系

地震是深部巖體的動力破壞現(xiàn)象。和巖爆、沖擊地壓相比，絕大多數(shù)地震屬于天然地質災害(部分地震認為和頁巖氣開發(fā)、人工水庫蓄水有關)，其原因和誘因屬于自然因素，因此地震誘因和預測預報異常復雜。和地震的誘因不同，巖爆和沖擊地壓是深部工程建設活動誘發(fā)的，但不是所有的深部工程和深部建設活動都會發(fā)生。淺部工程建設中，因為工程建設區(qū)域地應力較小，因此無法積聚大量的彈性能，無法為巖爆或沖擊地壓的發(fā)生提供能量源，所以淺部工程很少發(fā)生巖爆或沖擊地壓。同理，進入深部后，如果深部圍巖或深部煤層沒有積聚大量彈性能，無論怎樣的深部工程建設活動也不會誘發(fā)巖爆或沖擊地壓(但有可能誘發(fā)其他非動力破壞)。只有在深部圍巖或深部煤層積聚了大量彈性能的條件下，特定的深部工程建設活動才會誘發(fā)。這里面存在的辯證關系為研究巖爆和沖擊地壓的誘因以及有效防治提供了信心和科學依據(jù)。在分析和研究時，既要找到巖爆和沖擊地壓發(fā)生的充分條件，也要找到誘發(fā)必要的必要條件。在此基礎上，才能科學地分析巖爆和沖擊地壓的誘發(fā)機理，也能提出更加合理有效的防治措施。

3.7 對沖擊地壓術語修正的觀點

劉聽成(1982)認為對于沖擊地壓的很多別名或者不夠簡明，或者未能概括各種沖擊地壓的表現(xiàn)形式，或者系個別部門的習慣稱呼，為了能體現(xiàn)多種沖擊地壓表現(xiàn)形式，并且和煤礦中其他礦壓術語的稱呼相協(xié)調，建議采用“沖擊礦壓”這個名稱。李玉生(1982)對8個國家5種文字的“沖擊地壓”原文詞名進行了分析，認為沒有一例是與“地壓”有關，建議用礦山沖擊一詞代替“沖擊地壓”，但是也認為礦山沖擊一詞并非完全理想。譚以安(1991)認為“無論是佩圖霍夫，還是阿維爾申都稱其為‘ГοрнБιе Удaры’，直譯為‘礦山沖擊’，長期以來在我國不少人習慣用“沖擊地壓”一詞概括這種動力破壞現(xiàn)象... 他們混淆了‘壓力’與‘破壞’兩個基本的概念。因為‘地壓’僅能表明作用在巖體或礦體上的一種壓力。即使加上‘沖擊’二字，也僅意味著是作用于巖體的沖擊荷載，并非表示巖體發(fā)生了動力破壞，即不能概括巖體釋放儲能的動力破壞過程，只不過是一個力的范疇，最多是一動荷載”(譚以安，1991)。實際上，使用“礦山沖擊”依然無法從本質上區(qū)分硬質圍巖的巖爆和軟質煤層的沖擊破壞。

不論是區(qū)分巖爆和沖擊地壓，還是僅僅明確沖擊地壓的合適名稱，都應從地質體動力破壞發(fā)生介質出發(fā)，并充分考慮行業(yè)特點進行定義。因此，對于沖擊地壓，建議可以考慮用“煤沖擊”代替，英文名稱“coal burst”。這樣既能體現(xiàn)深部煤礦行業(yè)特點又能體現(xiàn)動力破壞現(xiàn)象，也基本上順承了沖擊地壓的含義。在此基礎上，統(tǒng)一用無沖擊、弱沖擊、中等沖擊、強沖擊和極強沖擊對沖擊等級進行劃分(各種等級里面可以細化沖擊地壓的類型、表觀現(xiàn)象、傳統(tǒng)的稱呼、震級以及造成的損失等)，改變以沖擊現(xiàn)象代替沖擊等級的做法，避免出現(xiàn)沖擊地壓包含沖擊地壓的概念邏輯問題?？紤]到煤本身具有的獨特力學性質，建議把煤當作獨立的地質體或地質介質進行研究，不再簡單地劃為軟巖。類似于“巖石力學”(Rock mechanics)、“土力學”(Soil mechanics)，現(xiàn)在已經有“煤力學”(Coal mechanics)(程遠平等， 2017)的概念。因此，完全可以把煤當作獨立的地質體或地質介質，用“煤沖擊”代替“沖擊地壓”。此外，既考慮煤的性質，也考慮頂?shù)装鍘r石的性質，還應該同時考慮煤-巖組合系統(tǒng)性質發(fā)展“煤-巖力學”(Coal-rock mechanics)，這樣才有可能更加科學地破解深部煤礦安全高效開采的一系列難題。

4 巖爆和沖擊地壓的關鍵機理問題

分析巖爆和沖擊地壓的誘發(fā)機理必須從力學和能量的角度去考慮。下面從研究對象、受力條件和邊界條件3個方面對巖爆和沖擊地壓的關鍵機理問題進行討論。

4.1 研究對象

巖石、煤分別是巖爆、沖擊地壓發(fā)生的承載體，兩者本身的力學特性是研究其誘發(fā)機理的基礎。目前的研究主要關注巖石和煤的承載強度特征。工程案例統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，巖爆發(fā)生在巖石單軸抗壓強度大于60MPa的深部較硬質以上圍巖中，屬于較硬巖區(qū)間的上限。而沖擊地壓發(fā)生在所有煤種中(傳統(tǒng)認識中認為除褐煤外其他煤種都會發(fā)生沖擊地壓，后來內蒙古平莊礦區(qū)褐煤煤層中也發(fā)生了沖擊地壓(張萬斌等， 1986； 梁政國， 1988； 潘俊鋒， 2015)，打破了這一傳統(tǒng)認識)，即不論硬質煤層還是軟質煤層，都發(fā)生過沖擊地壓，因此沖擊地壓對于煤的抗壓強度沒有特殊免疫性。雖然沖擊地壓對于煤的抗壓強度沒有特殊免疫性，但是統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示絕大部分沖擊地壓發(fā)生在硬質煤層中，這說明煤的抗壓強度仍然能夠反映煤的沖擊傾向性。但是，如果運用巖石分級標準指標(單軸抗壓強度)衡量煤的堅硬程度時，即使對“硬煤”也判別屬于“軟巖”。然后采用常用的巖爆判據(jù)——巖石強度應力比法或應力強度比法對煤層沖擊傾向性進行判別時，基本是強沖擊地壓發(fā)生區(qū)，這顯然不符合事實。

實際上巖石和煤的單軸抗壓強度在一定程度上還反映了材料的儲能能力。對巖石而言，單軸抗壓強度越高，儲能能力越強。例如宮鳳強等(2018)對14種巖石進行了試驗，單軸抗壓強度為最大值和最小值的細花崗巖(UCS=261.55MPa)和大理巖(UCS=54.84MPa)的峰值彈性應變能密度值(極限儲能能力)分別為601.05kJ·m-3和38.44kJ·m-3。試驗研究中也發(fā)現(xiàn)，當巖石單軸抗壓強度值小于黃銹石強度75.04MPa時，都不會表現(xiàn)出巖爆傾向性(黃銹石峰值彈性應變能密度值為103.29kJ·m-3)。Gong et al. (2021)對5種煤也進行了單軸壓縮試驗，表現(xiàn)出強烈沖擊傾向性的一種無煙煤、兩種氣煤的峰值彈性應變能密度最小值只有50.15kJ·m-3、55.89kJ·m-3和65.15kJ·m-3(對應的UCS分別為18.82MPa、19.74MPa和19.30MPa)，即極限儲能能力相對較大的巖石加載時不會發(fā)生巖爆，極限儲能能力相對較小的煤受壓反而表現(xiàn)出強沖擊特征。從上述比較可知，巖爆的儲能能力標準不適宜用于評判煤的沖擊傾向性。為此，基于在巖石和煤加載過程中發(fā)現(xiàn)的線性儲能規(guī)律，宮鳳強等分別提出了評價巖石巖爆傾向性和煤沖擊傾向性的剩余彈性能指數(shù)判據(jù)及各自對應的判別準則。研究結果表明，依據(jù)剩余彈性能指數(shù)判據(jù)及各自對應的判別準則對14種巖石和5種煤的評判結果和實際傾向性程度安全一致(宮鳳強等， 2018； Gong et al.，2019c、2019d； Gong et al.，2021)。

和巖爆主要發(fā)生在深部圍巖單一介質中不同，沖擊地壓還需要研究煤層和頂?shù)装遄鳛檎w系統(tǒng)的力學特性和儲能及釋能規(guī)律。不但要考慮煤層、巖層作為單一介質的性質，而且要考慮煤層和巖層之間的相互作用以及“煤-巖”系統(tǒng)的特性(鄒德蘊等， 2004； 陸菜平等， 2007； 周光文等， 2008； 趙毅鑫等， 2010； 宮鳳強等， 2017b； 左建平等， 2018； Gong et al.，2018b； 付玉凱， 2018； 楊磊等， 2019)。介質屬性不同、層間連接作用、整體互相作用、尺寸效應、空間結構效應都為研究“煤力學”和“煤-巖力學”特性、能量規(guī)律提出了很多亟待解決的科學問題。

上述分析說明：(1)巖石和煤屬于兩種不同的地質介質，不能按巖石的承載強度或儲能能力標準評判煤，兩者之間不具有可比性。(2)針對地質體的動力破壞現(xiàn)象(巖爆、煤沖擊)，采用單軸抗壓強度這一應力指標無法反映能量特征，同時采用剩余彈性能指數(shù)作為能量評判指標具有科學性和適用性。(3)針對巖石的巖爆特性和煤的沖擊特性，力學或能量指標無法反映材料的脆性特性，如何提出一種通用的彈脆性評價指標是未來研究工作的重點。(4)沖擊地壓的全面深入研究必須綜合考慮煤層和頂?shù)装逍纬傻膶訝罱Y構系統(tǒng)特點，把“煤力學”和“煤-巖力學”從“巖石力學”中獨立出來開展富有針對性的研究。

4.2 受力條件

巖爆和沖擊地壓分別是已經積聚大量彈性應變能的深部圍巖或深部煤層(有時包括頂?shù)装?在開挖或開采擾動作用下發(fā)生破壞、釋放出大量動能的地質介質動力破壞現(xiàn)象。開挖(開采)前在地應力作用下的深部圍巖或深部煤層(包括頂?shù)装?初始狀態(tài)是靜力問題，而且已經積聚了彈性應變能； 相對于初始靜力狀態(tài)，所有開挖(開采)過程都是擾動過程。深部圍巖或深部煤層發(fā)生巖爆或沖擊地壓是典型的兼有靜力學與動力學的地質體破壞問題(唐春安， 1997； 徐則民等， 2003； 趙陽升等， 2003)。因此，巖爆或沖擊地壓問題本質上是從連續(xù)到非連續(xù)、從靜力到動力的科學問題。實際上，深部圍巖和煤層的全過程受力路徑都屬于靜動(或動靜)組合加載力學問題，兼具靜力學和動力學的特點。在“靜動(或動靜)組合加載力學”概念中，“靜力”是指開采(開挖)前或開采中及開采完成后深部圍巖始終所承受的高靜地應力，“動力”是指掌子面、工作面及采動區(qū)域圍巖或煤層在開采過程中受到卸荷擾動作用、加載擾動、部分工序對已開采深部圍巖或煤層帶來的動力擾動作用、采場區(qū)域受到應力調整擾動作用以及上述幾種擾動的組合，是多種擾動應力的總稱(Li et al.，2004， 2008； 宮鳳強等， 2010a， 2011； 李夕兵等， 2011， 2019， 2021； 劉少虹等， 2014； 何江等， 2014； 羅憶等， 2015； Li et al.，2017a； 何滿潮等， 2018； Gong et al.，2019； 司雪峰等， 2021)。

研究巖爆和沖擊地壓全受力過程的靜動(或動靜)組合加載力學條件的同時，還需要考慮能量問題)。發(fā)生巖爆的深部圍巖一般巖性比較單一，均為硬巖，單軸抗壓強度普遍偏高。已有巖爆案例統(tǒng)計資料及應力(最大切向應力、最大主應力、軸向應力等)強度比巖爆判據(jù)均顯示，巖爆發(fā)生部位的應力均小于圍巖的單軸抗壓強度，因此圍巖在原有地應力及開挖擾動應力作用下仍處于彈性變形階段，由此產生的彈性應變能主要積聚在靠近臨空面的深部圍巖中。深部圍巖初始三維壓縮受力狀態(tài)在開挖卸載擾動作用下，破壞模式由潛在的三維壓縮剪切模式轉變?yōu)槎S壓縮下的張拉破壞(Du et al.，2016； Jiang et al.，2019； Si et al.，2020； Su et al.，2021)。只有當擾動應力條件達到一定程度時，靠近臨空面部位的深部圍巖才會發(fā)生巖爆，釋放出積聚的彈性能(宮鳳強等， 2017a； Gong et al.，2018a， 2018b； Su et al.，2018)，洞壁巖爆彈射的巖片多呈塊狀、板片狀或碎裂狀，大部分為張拉破壞。如果深部圍巖內部沒有積聚足夠的彈性應變能，圍巖破壞時往往形成板裂破壞，一般沒有動能釋放現(xiàn)象(Jiang et al.，2013， 2017； Gong et al.，2019b， 2020b； Luo et al.，2019)。

沖擊地壓釋放的能量來自深部煤層和頂板中在沖擊前儲存的彈性變形能，但是大部分彈性變形能儲存在圍巖中。究其原因，在開采前，煤層和圍巖在地應力作用下處于三維壓縮受力狀態(tài)。在三維情況下，煤層和圍巖的三維承載強度相對較高，使得煤層和圍巖處于彈性受力變形階段，積聚了大量彈性變性能。開采過程中，煤層原先承受的三維壓縮狀態(tài)轉變?yōu)槎S或一維狀態(tài)，煤層二維或一維承載強度遠低于三維承載強度，煤層中的微裂隙擴展甚至貫通。此時煤層有可能承受過載應力(C.Г. 阿維爾申， 1959)，開采擾動應力增加并不會顯著增加煤層中儲存的彈性應變能。與此形成對比的是，因為地應力小于頂、底板的承載強度，頂板的圍巖在開采后始終處于彈性變形階段，并且在原來儲存能量的基礎上增加開采擾動應力帶來的彈性應變能。相對于煤層的承載強度，頂板巖層和底板巖層的承載強度很高，剛度也較大。因為煤層和頂?shù)装褰M成層狀結構，頂板在采掘工作后發(fā)生一定的變形，在頂板和底板形成的夾持作用下(趙本均， 1981)，煤層即使在開采卸載發(fā)生后也不一定馬上破壞，相當于對煤層中儲存的能量起到了封存作用。只有當頂板壓力及煤層和頂?shù)装逯g的剪應力達到一定程度后，及爆破開采、頂板斷裂產生的擾動作用下，煤層的沖擊地壓才會發(fā)生。頂板及底板中儲存的彈性變形能也會以煤層沖擊破壞的形式釋放出來。

從上述分析可知，巖爆和沖擊地壓本質上是靜動(或動靜)組合加載力學問題，也是從連續(xù)到非連續(xù)、從靜力到動力的科學問題。具體研究中，不但要研究靜力問題和動力問題，而且要從能量守恒的角度研究從靜力到動力的轉換問題，這也是科學認識巖爆和沖擊地壓機理的關鍵問題。

4.3 邊界條件

在深部隧道、深部煤礦等實際工程建設過程中，深部圍巖和深部煤層受到很多因素的影響(地質條件、地應力條件、開挖或開采方法、施工工序、擾動強度、尺寸效應、空間效應、時間效應等)(趙本鈞， 1981； 閻巖， 1982； 楊惠蓮， 1989； 譚云亮， 1990； 洪開榮， 1995； 周德培等， 1995； 何川等， 2007； 孫旭寧等， 2012； 潘雪峰等， 2014)。在研究巖爆和沖擊地壓時，這些影響因素可以看作是靜動(或動靜)組合加載力學問題的各種邊界條件。

深部隧道選線完成后開工建設，開挖過程中遇到的地質條件和地應力條件成為施工過程中必須接受的限定性前提條件，基本不能人為改變或避讓。隧道斷面形狀和尺寸對開挖區(qū)域圍巖的應力重分布有很大影響，造成一定的尺寸效應，地應力越高，開挖洞徑和斷面越大，尺寸效應越明顯。施工方法不同不但影響應力集中情況，也會產生不同程度的擾動作用。采用鉆爆法開挖，卸荷擾動速率較高，對開挖區(qū)域的圍巖擾動強度也較大，如果光面爆破效果控制不好，容易造成圍巖表層應力集中易誘發(fā)低強度巖爆。采用TBM開挖，卸荷擾動速率較低，隧道開挖斷面光滑，對開挖區(qū)域圍巖擾動程度也較低，圍巖穩(wěn)定性較好，但是容易造成較大區(qū)域的應力集中，一旦發(fā)生巖爆，巖爆程度往往非常強烈。Si et al. (2020)對花崗巖進行了不同卸荷速率下的真三軸卸荷巖爆模擬試驗。研究結果顯示，卸荷擾動對巖石會產生明顯的強度弱化效應。當圍壓一定時，卸荷速度越快，巖石強度弱化程度越顯著，導致巖石承載力越低，儲存的彈性能越小，發(fā)生巖爆時劇烈程度相對較??； 卸荷速度越慢，巖石強度弱化程度越低，使得巖石承載力越高，儲存的彈性能越大，發(fā)生巖爆時劇烈程度相對較大。因此，開挖方法的選擇和巖爆風險之間存在辯證關系，需要綜合考慮確定。深部煤層在開采過程中，受到采場區(qū)域地質構造、覆巖空間結構、開采布局(開采方法、采掘布置與采掘順序)、開采擾動(開采速度、爆破作業(yè)、二次擾動(工作面停復產、巷道擴修)等眾多因素的影響(潘一山， 2018a， 2018b)，邊界條件更加復雜。

綜上所述，綜合考慮研究對象介質屬性、受力條件和邊界條件是科學認識巖爆和沖擊地壓發(fā)生機理的關鍵所在，也是制定有效防治措施的理論依據(jù)。地質體的本身特性主要包括巖石和煤的彈脆性、承載強度、儲能及釋能能力。彈脆性偏重于定性分析，有助于從本質上把握巖爆、沖擊地壓發(fā)生的前提； 承載強度、儲能能力偏重于定量分析，承載強度、壓縮儲能系數(shù)、極限儲能密度、剩余彈性能密度等概念，有助于定量認識和評估圍巖、煤層的承載能力、儲能能力和釋能能力。受力條件包括地應力(包括自重應力、構造應力)和擾動應力，是巖爆、沖擊地壓的主導因素。在受力條件中，地應力天然占先導和主導作用，擾動應力起后發(fā)和誘發(fā)作用，而且擾動應力有時以動力荷載形式體現(xiàn)，有時以應力調整等緩慢的加載形式體現(xiàn)。邊界條件中深部工程開挖和開采方法及工序、尺寸效應、擾動范圍和時效性等邊界條件會影響巖爆、沖擊地壓發(fā)生的強度、時間和空間。巖爆和沖擊地壓防治工程實踐中證明有效的一些措施，如針對圍巖或煤層采取加固措施、改善應力條件、改善物理力學性質，選擇合理的支護方案，調整施工方法及工序，合理布置采場結構和開采步驟，切頂卸壓，卸載爆破等，均是圍繞介質屬性、受力條件和邊界條件開展的針對性措施(蘆子干等， 1985； 趙本鈞， 1987； 齊慶新等， 1991； 譚以安， 1991； 唐禮忠等， 2002a； 張鏡劍等， 2008； 王鷹等， 2016)，部分措施實施過程中要處理好實施目的和實施效果之間的辯證關系。

5 結 論

巖爆和沖擊地壓分別是深部硬巖、深部煤層中發(fā)生的地質體動力破壞現(xiàn)象。本文的目的是對巖爆和沖擊地壓的差異進行全面的解析和分析，以便在今后的研究工作中和面對實際災害問題時對兩者區(qū)別對待，使得巖爆和沖擊地壓各自問題的研究更加深入明晰。主要結論如下：

(1)巖爆和沖擊地壓均是深部工程建設誘發(fā)的地質體破壞現(xiàn)象，同屬于典型的深部工程地質災害。

(2)在表觀現(xiàn)象、限定對象、研究對象、賦存條件、行業(yè)領域、工程建設方法、工程建設目的、要求及支護性質、誘發(fā)機理、傾向性判據(jù)、劃分類型、劃分等級、等級評價方法等方面，巖爆和沖擊地壓均存在很大差異。

(3)在研究對象(硬巖和煤的彈脆性、承載強度、儲能及釋能能力)、受力條件(地應力、擾動應力)和邊界條件(開挖和開采方法及工序、擾動范圍和時效性等)方面，巖爆和沖擊地壓的誘發(fā)機理存在根本區(qū)別。

(4)考慮到巖爆和沖擊地壓之間的眾多差異，認為兩者各有獨立的定義和內涵，適宜分開研究。巖爆和沖擊地壓是并列的兩類深部地質體動力破壞現(xiàn)象，不存在隸屬關系。

(5)從靜動(或動靜)組合加載力學的角度研究巖爆和沖擊地壓，符合深部地質體破壞的全受力路徑。具體研究時，必須從研究對象出發(fā)，綜合考慮介質屬性、受力條件和邊界條件。

(6)單一的應力判據(jù)無法解決巖爆和沖擊地壓中的能量問題。具有普適性的線性儲能和耗能規(guī)律為研究巖爆和沖擊地壓能量積聚、轉移、消耗和釋放全過程規(guī)律提供了可行性。

(7)考慮到煤的獨特性，建議把煤當作獨立的一類地質介質，不再簡單地劃為軟巖看待。為了使煤動力沖擊破壞的現(xiàn)象與名稱統(tǒng)一，建議考慮用“煤沖擊”代替“沖擊地壓”。同時發(fā)展“煤力學”及“煤-巖力學”，可以進一步科學有效地促進對沖擊地壓問題的研究。

(8)正確認識巖爆、沖擊地壓的誘因各因素之間的邏輯關系和辯證關系，不但有助于科學地分析它們的發(fā)生機理，也能為制定合理有效的防治措施提供科學指導。

致 謝本文寫作過程中得到了中國礦業(yè)大學隋旺華教授的關心指導和大力支持，在此表示誠摯的感謝。