冲击地压作为一种影响因素覆盖矿井全空间、形成过程跨越矿井全生命周期的动力灾害，近年来，煤炭领域甚至社会层面对其的关注度持续升高。经过70 余年的认知、探索和发展，我国基本建成了较为系统的冲击地压政策、科研和工业体系。更为重要的是，目前行业已经形成了冲击地压必须开展源头防控的共识，但超千米开采、高强度开采日趋主流，冲击地压防控又面临着全新的挑战，能否在这样的背景下实现冲击地压源头防控，是衡量煤炭领域科研水平和安全管理能力的一项重要标准。

冲击地压的定义和工程特点

根据国家矿山安全监察局2018 年印发的《防治煤矿冲击地压细则》，冲击地压是指煤矿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）体瞬间位移、抛出、巨响及气浪等。这是目前关于冲击地压最为正式的定义。

冲击地压给井下现场造成的破坏如图1 所示，造成冲击地压的核心物理量是弹性变形能，但能量在工程现场没有办法直接测量，更多是利用和能量强相关，并且在现场可测量的“应力”来开展相关工作，而应力的产生只需要介质发生变形，这个特点也使得冲击地压明显区别于水、火、瓦斯等依赖于特定物质的灾害，甚至可以说，

这也使得一切可以影响应力的因素都需要被纳入到冲击地压的关注范围中，由此造就了冲击地压极高的复杂度，理论解析无法充分描述冲击地压的物理过程，工程防控中也不能像水、火、瓦斯等灾害那样，只要处理了致灾物质，就能够实现灾害的有效防控，因为，应力是无论如何也无法被消除的。

同时，应力控制的特点，也使得冲击地压经常发生在工作面的超前位置，这是因为开采活动会在工作面前方造成超前支承压力，而一般情况下，超前支承压力的峰值可以达到原岩应力的2~4 倍，这个数值还会随着开采强度的增加进一步升高，再加上开采的频繁扰动，这片区域自然就成为冲击地压发生的“敏感区域”，而且，当原岩应力本身就达到了较高的水平，在大巷等没有明显扰动的区域也会发生冲击地压，超千米开采就恰恰具备这些特征。

冲击地压源头防控的要求和挑战

冲击地压源头防控的核心思想可归纳为“治病于未病”，就是要从冲击地压最初的孕育开始关注，面向冲击地压全过程中的关键环节进行防控措施介入，从而实现低成本、高精度、高效率的防控，一改多种措施无条件叠加、施工范围全区覆盖等现状。

要实现冲击地压的源头防控，首先需要明确冲击地压的全物理过程，之所以是物理过程，主要因为冲击地压本质上是工程科学问题，而不是单纯的理论问题，对于具象化有着明确的需求，换句话说，冲击地压的研究并不需要将理论计算结果精确到“小数点后几位”，而是需要给出冲击地压从无到有的全过程中究竟发生了什么，在这样具象化的认知下，实现对于冲击危险区的准确圈定和措施参数的科学设计。

其次，需要重新评价现有监测手段、防控措施、施工装备的作用机制和适用条件，从源头防控的实际需求出发，围绕冲击地压全物理过程，开发更加符合源头防控需求或者模式的新原理、新技术、新工艺、新装备，开展面向冲击地压源头防控的一系列深度定制化工作，而不再是从别的行业进行简单的移植和改造。

最后，冲击地压是工程科学问题，但并不意味着它不需要理论，恰恰相反，极复杂工程问题的解决需要更为清晰的理论来指导实践，只不过冲击地压涉及的煤和岩石，是地球上最为复杂的天然介质，无法像理论物理一样，先完成理论推导再进行实际验证，只有依赖大量的工程实践和高度的总结提炼，才有可能提出具有工程价值的理论，这是一项非常严谨而重要的工作。

从行业发展的角度，国家已经在政策层面开展了关于煤矿超千米开采的可行性论证，同时，高强度开采作为现代化煤矿的一项重要特征，再试图通过控制开采强度来降低冲击危险性的思路已经行不通。尤其是大采高、大埋深、超长工作面等高强度开采条件下（图2），对超千米开采的工程环境、高强度开采的工程响应的研究和实践都非常匮乏。如何在这样的背景下，从源头上实现冲击地压防控，已经是一项避无可避、相当紧迫的全新挑战。

破局之道

在数字化、智能化技术快速发展的今天，可以利用这些技术来应对冲击地压源头防控的挑战，但并不意味着引入这些技术后，难题就能轻松地被解决。

数字化、智能化技术在处理极复杂问题时的确有着明显的优势，根据通用近似定理，只要参数足够，模型就能以任意精度还原任何一个非线性系统。目前，万亿级参数的大模型已经发布，对于解决冲击地压这样的工程问题好像不在话下。

但不要忘了冲击地压的工程科学问题属性，其要求针对冲击地压给出的智能化决策结论，需要可以被解释、被理解、被执行，与此同时，目前煤炭领域所能提供的数据质量和体量都不理想，还无法满足模型训练的需求，而且哪怕是成熟的模型架构，也不可能通过简单的调用来解决工程问题。要解决这些问题，真正发挥深度学习或者大模型等前沿技术的赋能潜力，需要与专业逻辑深度结合。

冲击地压作为动力灾害，虽然影响因素繁多、形成机制复杂，但再复杂的问题也需要遵循基本的逻辑，冲击地压的核心物理量是弹性变形能的大量积聚和突然释放，由此，可以给出冲击地压应当满足的基本逻辑：弹性变形能必然有持续的补给源头，大量且有效的弹性能积聚必然需要制约机制，制约机制必然会失效。

在这个逻辑下，冲击地压的形成过程可以用气球模型来进行描述：“气球”要有足够的弹性，以保证发生的是剧烈破坏，对应着煤岩在变形过程中应保持较好的完整性以储存弹性能；需要有持续的“气体”注入，对应着持续的能量源；注气过程中需要卡紧入口，而且其他位置不能有明显的“气体泄漏”，对应着制约机制使得弹性能产生有效的积累；当“气体”注入量达到“气球”极限，或者在达到极限之前外部出现“针刺”等行为，则气球爆炸，对应着达到制约机制承载极限或出现外部扰动，使得制约机制失效，导致弹性能大量急剧释放，形成灾害，基于气球模型的冲击地压形成机制如图3 所示。

上述逻辑的关键是制约机制：形式是什么、状态怎么样、什么时候会失效。对于制约机制的调整，本质上就是对于冲击地压的防控，而面向制约机制作用的干预全过程，形式上就是冲击地压的源头防控过程。

要找到冲击地压源头防控的破局之道，必须对冲击地压的形成过程精准还原。在数据监测方面，这就需要在矿井中部署高精度的传感器网络，采集各种关键参数，如应力、应变、裂纹、震动、噪声等，如图4 所示。通过先进的数据分析方法，提取出冲击地压的前兆信号，判断其可能的发生时间、位置和强度，从现场监测的海量数据中获得冲击地压相关的一手资料。此外，要建立冲击地压还原的相似模拟技术，包括动力相似材料研发、还原冲击过程的相似试验平台搭建等，通过物理试验的相似手段来还原冲击过程。最后，需建立冲击地压的数值模拟平台，根据现场获得的数据和初始条件，借助数值模拟的可重复性，反复模拟开采过程中的应力演化（图5），实现对可能的影响范围和危害程度的预测。

只有准确地掌握了冲击地压发生全过程，才能找到合适的手段进行干预。干预的方式可以分为被动和主动2 种。被动干预是指在发现冲击危险后，通过调整作业参数、加固支护、撤离人员等措施，降低冲击地压发生的可能性和破坏性；主动干预是指在冲击形成之前，通过改变应力场、引导裂纹扩展、释放弹性能等措施，将冲击地压消除于无形。无论是被动干预还是主动干预，都需要有智能的决策系统来处理海量的数据和复杂的逻辑，人工智能技术的飞速发展为冲击地压防控过程中的智能决策提供了可能。

通过构建煤矿的全要素模型（图6），并搭载现场监测、物理试验与数值模拟获得的海量数据，足以还原矿井全维度的真实信息（图7），这些信息搭配万亿级参数的大模型，以及可靠的冲击地压防控基本逻辑，将能够把冲击地压的智能化防控变为现实，这也是面向矿井全生命周期，实现冲击地压源头防控的必由之路。

结 语

冲击地压源头防控的破局之道，手段上自然离不开数字化、智能化的助力，但成功的关键仍然在于专业内的理论认知提升和技术装备突破。新的时代背景下，需要将数据作为一种新的生产要素，养成用数据解决复杂工程问题的习惯，更需要融合冲击地压形成的基本逻辑，发挥理论与工程实践的可靠性，以兼容并包的思路完成冲击地压源头防控工作的顺利推进。

助理编辑：李雅楠