煤与瓦斯突出、冲击地压矿井动力灾害在我国发生的频次和强度均较高。随着国家对煤炭资源的持续需求，更多的矿井将步入深部开采阶段。深部开采成为很多煤矿必须面临的问题。平顶山矿区八矿、十矿、十二矿、十三矿等矿井相继进入了深部开采阶段，目前部分矿井开采深度已超过1 000 m，并以每年10～30 m的速度向深部延伸，其中平煤十二矿采深达1 100 m以上。进入深部开采阶段的煤岩体，将承受更为复杂的应力和能量的影响，在特定工程的诱发下，矿井动力灾害发生的机理将更为复杂，这也给动力灾害的防治工作带来更大的困难。
潘一山对冲击地压、煤与瓦斯突出复合动力灾害一体化机理进行研究，建立统一失稳判别准则，提出复合动力灾害一体化分类分级预测技术和防治技术[1]。于不凡通过对国内外煤和瓦斯突出事例的统计分析，指出煤与瓦斯突出在井田中不是均匀分布的，即区域性分布，从而提出高地应力是发生煤和瓦斯突出的第一个必要条件[2]。张宏伟通过地质动力区划方法，对区域构造形式进行了分析，基于断裂活动性和岩体应力状态等因素，提出了新的煤与瓦斯突出预测方法[3]。韩军等基于煤与瓦斯突出区域的地貌特征，提出了新的概念“构造凹地”，构造凹地具有较高的水平构造应力，且水平差应力显著[4]。尹光志等在实验室进行了在轴压和围压固定的情况下，突出煤样瓦斯的渗透速度与瓦斯压力的大小呈幂指数正相关。随着瓦斯压力的增加，突出煤样两端的瓦斯压力梯度增大率会逐渐减小，最终趋近于0[5]。程远平等通过对地应力与瓦斯赋存运移规律的研究，提出地应力在突出灾害中起主导控制作用，是煤体破坏的主要动力，也是高压瓦斯存在的前提[6]。姜福兴等对冲击地压各监测参量之间的关系进行研究，运用大数据分析方法和云平台技术，开发了一种多参量联合监测的冲击地压监控预警平台，并应用于多个矿井中[7]。齐黎明等认为容易发生煤与瓦斯突出的区域集中在煤层赋存的突变区，断层与褶曲、煤厚和倾角突变区是常见的煤层赋存突变区[8]。张晓东和张子成采用数学方法，将影响突出的构造因素定量化，并对构造复杂程度系数计算公式作了改进和简化;提出了确定复杂程度突出临界值的原则，并结合井田突出实际，划定了构造复杂程度系数的突出临界值，将其作为一项判断突出的依据[9]。王振通过对非典型动力灾害煤层原煤样瓦斯的解吸附和渗流特性的研究，分析了不同开采条件下应力、瓦斯和温度对灾害发生的控制作用进行分析[10]。王桂峰等对冲击地压的不稳定能量触发机制进行研究，通过理论分析和现场实测微震活动与冲击地压之间的时空内在联系，得出了动力灾变的能量触发条件[11]。但以上学者的研究成果均是从高应力、高瓦斯压力等角度考虑，没有从大范围、多角度综合考虑矿井动力灾害的分类和分级。
笔者在分析矿区自然地质条件的前提下，以平顶山矿区为研究目标，基于最大主应力、应力梯度等因素对矿区动力灾害发生的潜在危险进行了预测划分，以动力灾害一级预测结果为研究基础，补充考虑开采活动等作用的影响，进行动力灾害二级预测，明确目标煤层、目标采区动力灾害发生的模式。在前期利用地质动力区划方法划分Ⅰ～Ⅴ级活动构造的研究基础上，进一步对八矿、十矿和十二矿规划区域划分Ⅵ级断裂构造，确定构造的分布特征和相互作用关系，建立相应的空间信息分析系统，评估活动构造的活动规律及分布特点，分析对矿井动力灾害发生的影响。
1 矿井动力灾害一级预测原理
1.1 矿井动力灾害一级预测的原理与方法
矿井动力灾害主要从3个方面开展预测工作:① 自然地质动力条件分析;② 一级预测;③ 二级预测。矿区自然地质动力条件分析从构造形式、构造运动、天然地震、地应力等自然地质条件对矿区灾害背景进行了宏观分析，实现对矿区构造环境、应力环境和能量环境的初步评价。据此可以判定矿区是否具备矿井动力灾害发生的动力条件和能量基础。
矿井动力灾害一级预测基于自然地质条件，划分煤层动力灾害发生危险，为监测预警提供依据，适用于全矿井范围，而二级预测则适用于局部区域。开展一级预测前，需要对自然地质条件中的构造特征及应力场演化、地形曲率、天然地震、突出能量特征等煤与瓦斯突出构成影响的地质类因素进行分析。
1.2 平顶山矿区构造特征及应力场演化
平顶山矿区动力灾害的发生受到逆冲推覆构造带的控制作用，主要表现为以下2个方面:① 构造带具有强烈的挤压作用，在挤压力的作用下，煤层的孔隙率有所降低，封存瓦斯的能力得到了增强;② 在挤压力的作用下，局部区域的煤岩体出现了应力集中和能量积聚。平顶山矿区位于华北聚煤区南缘逆冲推覆构造带的东北缘，当积聚的能量到达临界条件时，收到采掘工程的扰动，能量在煤岩体的弱面得到释放，进而形成了煤与瓦斯突出。
通过对矿区的构造特征和应力场的演化进行分析，平顶山矿区地质构造主要以NW向和NE向为主进行展布，在NW向主要受到挤压与剪切作用，在NE向主要受到拉张与剪切作用。平顶山东部矿区的八矿、十矿、十二矿等位于NW向断裂、褶曲控制的构造复杂区，煤与瓦斯突出主要发生在构造附近。
1.3 地形曲率对煤与瓦斯突出的影响
曲面上任意一点的形态特征与变形特征可用“地形曲率”进行表示。地形下凹所对应的曲率值>0，地形上凸时所对应的曲率值<0。拐点处所对应的曲率值=0。区域受构造活动影响的剧烈程度取决于曲率值的绝对值大小，且呈现正向相关。当地形地貌表现为凹陷形态时，对应的曲率值>0，此时煤岩体易于产生应力集中与能量积聚，从而容易引起动力灾害的发生[12-13];当地形地貌表现为上凸形态时，对应的曲率值=0或者<0，此时煤岩体不易产生应力集中与能量积聚，不易引起动力灾害的发生。研究表明:中间隆起，四周凹陷，整体呈现“N”字形态是平顶山东部矿区的主要地貌特征，板块构造间的相互挤压碰撞导致构造形态特征的差异与地应力场作用大小的不同，从而控制着煤层瓦斯的赋存与变化。
基于地质动力区划法对构造断裂的划分结果，以及1∶50 000地形图，计算平顶山矿区的地形曲率值大小。由图1中所反映出的计算结果可知，平顶山矿区地形曲率值的绝对值变化大，外围地形曲率值变化值较小，且接近于0;矿区地形曲率值最大值为3.5×10-4，最小值为-4.5×10-4。
图1 平顶山矿区地形曲率变化情况
Fig.1 Change of topographic curvature in Pingdingshan mining area
由图1可知，平顶山矿区一矿、四矿、六矿、八矿、十矿和十二矿处于曲率最大值区域内，地形曲率值介于5.98×10-5～12.8×10-5;二矿、三矿、五矿、七矿、九矿、十一矿和十三矿处于曲率值变化较小的区域内，曲率值介于5.34×10-11～1.08×10-10，但是随着开采范围和开采深度的不断增加，矿区各井田内的其他区域必将受其地形曲率变化的影响，增大煤与瓦斯突出等动力灾害发生的危险。
基于对地形曲率空间分布特征的相关研究，对平顶山东部矿区的曲率半径进行计算并绘制分布曲线，如图2所示。平顶山东部矿区的正曲率半径范围内，煤与瓦斯突出主要分布于此，比例占突出总次数的80.21%，其余突出事故则发生在负曲率半径范围内。由此分析得到，平顶山东部矿区的正曲率半径范围内，构造应力场作用显著，易于产生应力集中和能量积聚，也易于出现煤与瓦斯突出等矿井定力灾害。根据地应力实测结果，平顶山东部矿区的应力场特征以水平压应力为主导，最大水平主应力的峰值高于邻区，煤与瓦斯突出等动力灾害的发生危险也高于其他区域。
图2 平顶山矿区地形曲率半径分布特征
Fig.2 Distribution characteristics of the curvature radius of the terrain in Pingdingshan mining area
1.4 天然地震对煤与瓦斯突出影响
矿井动力灾害与天然地震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，对区域天然地震活动性的研究能够解释地壳稳定性，对动力灾害研究具有指导意义。构造运动引起地壳内部应力与能量的重新分布，根据构造运动结果，其能量积聚和释放的基本过程和机制是相同的。因此，为了进一步研究矿井动力灾害产生的动力条件和能量基础，对区域内天然地震的形成机制、动力条件和能量基础以及天然地震的区域分布特征进行研究，通过分析该地区自然地震的时间特征、空间特征和强度特征，划分了构造活动特征和应力场的变化特征。评估区域地质动力环境，为矿井动力灾害的预测和防治提供指导。
图3,4反映了平顶山东部矿区天然地震的震级和发生频次的空间分布关系。八矿、十矿和十二矿的天然地震历史震级集中在2.0级—2.9级，频次为1，反映出平顶山矿区发生天然地震的震级较大，且集中在高值区附近，但频次较低。地震特征反映了平顶山东部矿区的应力场特征:易于产生应力集中和能量积聚，易于引起动力灾害的发生。天然地震与矿井动力灾害具有统一的作用机理，在采掘工程活动的影响下，煤岩体内积聚的弹性能量不断释放，天然地震频次较低源于此。
图3 煤与瓦斯突出等矿井动力灾害与天然地震震级对比结果(MS>2.1)
Fig.3 Comparison between the magnitude of mine dynamic disasters and the magnitude of natural earthquakes(MS>2.1)
图4 煤与瓦斯突出等矿井动力灾害和天然地震频次对比结果(MS>2.1)
Fig.4 Comparison between the frequency of dynamic disasters and the frequency of natural earthquakes(MS>2.1)
1.5 煤与瓦斯突出系统的能量特征
区域内断块上凸，以郏县、襄郏和叶鲁正断层为界的四周断块凹陷是平顶山矿区煤与瓦斯突出发生区域的典型地质特征，反映出构造活动强烈，具备发生矿井动力灾害的构造条件。南北向边界走滑运动较弱这一状况与其构造环境和应力环境有关。平顶山矿区整体呈现“N”字形态，板块构造间的相互挤压碰撞控制着煤层瓦斯的赋存与变化，使区域内煤岩体积聚大量变形能量，具备了动力灾害发生的动力因素。
平顶山东矿区煤与瓦斯突出等矿井动力灾害的发生和天然地震(MS>2.1)具有相同的发生机制。在空间分布上，平顶山东部矿区处于天然地震震级等值线和频次等值线的高值区周边，揭示了矿区具有易于发生矿井动力灾害的应力条件和能量因素。地应力是以水平压应力为主导。对于同一深度，在最大主应力值的分布上，平顶山东部矿区明显高于华北亚板块其他地区，而中间主应力和最小主应力则与其他地区的应力值基本相同。矿井动力灾害的发生要受动力系统制约，确定平顶山东矿区煤与瓦斯突出的临界能量为106 J。
2 典型深部矿井动力灾害一级预测
2.1 八矿戊9-10煤层动力灾害一级预测
矿井动力灾害预测包括3个方面:矿区自然地质动力条件分析、矿井煤层动力灾害一级预测和矿井工作面动力灾害二级预测。
矿区自然地质动力条件分析从构造形式、构造运动、天然地震、地应力等自然地质条件对矿区灾害背景进行了宏观分析，实现对矿区构造环境、应力环境和能量环境的初步评价。据此可以判定矿区是否具备发生矿井动力灾害的动力和能量条件。
矿井动力灾害一级预测以矿井自然条件为基础实现煤层发生动力灾害的危险评估，实现对全矿井相关煤层危险性的预测和区域划分，为检测和解危工作提供依据。一级预测时间范围是全矿井服务期间，区域范围整个井田。
矿井动力灾害二级预测是在一级预测的基础上，充分考虑到工程活动效应和瓦斯抽采工程活动，实现工作面的预测。矿井动力灾害二级预测的时间范围3～5 a，区域范围为回采工作面。直接指导工作面安全生产。
矿井自然地质动力条件分析主要研究对象为整个矿区，从宏观上判定矿区是否具备发生矿井动力灾害的动力和能量条件，对矿井动力灾害一级预测起到指导作用;矿井动力灾害一级预测在矿区自然地质动力条件分析的基础上，考虑自然条件实现相关煤层危险性的预测;矿井动力灾害二级预测在一级预测的基础上，考虑人为工程活动的影响，实现工作面预测。
矿井动力灾害一级预测建立在以下认识的基础之上:① 矿井动力灾害的发生必须具备相应的地质动力条件，并受到多因素的影响;② 不同矿区、不同矿井、不同煤层、不同构造和应力条件下矿井动力灾害具有不同的模式;③ 虽然准确地预测事件发生的时间和地点是极其困难的，但是预测这一事件发生的可能性大小(发生概率)是可能的。
矿井动力灾害一级预测考虑自然因素，运用多因素模式识别方法，将研究区域划分为有限个预测单元，在空间数据管理的基础上，分析影响矿井动力灾害的主要因素，通过相应的研究方法确定各影响因素的量值。运用多因素模式识别技术进行综合智能分析，通过对已发生矿井动力灾害区域分析，分析多个影响因素与矿井动力灾害之间的内组合模式与确定的矿井动力灾害预测模式对比分析，应用神经网络和模糊推理方法确定与预测区域的内在联系，即通过开采区域多因素的组合确定预测模式。将未开采区域的多因素各单元的危险性(危险性概率)，根据各单元危险性，按确定的危险性概率临界值划分井田的矿井动力灾害危险区域，对井田的矿井动力灾害危险性做出评估。特点是将研究区域划分为有限个预测单元，应用多因素分析方法确定突出组合模式，用区域数据进行预测。
多因素模式识别方法的原理是通过对动力灾害的影响因素和发生模式进行分析，划分待预测区域的单元，完成网格化和模块化的危险性概率预测，实现矿井动力灾害危险性由点预测、单因素预测和定性预测向区域预测、多因素预测和定量预测的过渡和发展[14-16]。
矿井动力灾害的发生主要取决于地质构造和应力大小，同时也与开采深度、顶板岩性、煤岩结构特征等因素有关。由于不同区域动力灾害发生的差异性，动力灾害在时间和强度等方面也存在差异。将已发生的动力灾害事件的影响因素进行详细分析，根据不同模式对影响因素进行分类，并将待预测区域的动力灾害发生模式与已发生区域进行对比，分析主要影响因素，确定预测准则，并建立相应的预测模型，模型建立结果如图5所示。
图5 动力灾害发生危险性的多因素概率预测模型
Fig.5 Multifactor pattern recognition prediction model for the risk of dynamic disaster
预测模型建立完毕后，对待预测的区域进行网格划分。划分后的每个预测单元都包含不同的影响因素。影响因素的影响程度用概率值表示，具有模糊性和无量纲性。利用危险概率临界值对不同预测区域的危险等级进行分类。在矿井动力灾害自然地质动力条件分析的基础上，采用多因素模式识别概率预测方法，实现了平顶山东部矿区动力灾害的一阶预测。
以八矿戊9-10煤层和十矿戊9-10煤层的分单元概率预测进行举例说明。矿井动力灾害危险性是对特定网格单元发生灾害可能性的定量描述。动力灾害的区域预测结果可以用数据库表示，在此基础上生成等高线图、分层着色图、三维图和各种统计图。结合采矿工程平面图生成单元预测图。在现场工程应用中，可显示待预测区域的危险概率，同时可确定危险概率与巷道之间的对应关系。预测单元的定量描述是工程应用的基础，预测数据可以通过软件系统浏览、查询、检索和统计，可以通过标准图纸进行导出。
分别以危险性概率值0.39,0.59,0.78,0.84作为临界值，将平顶山矿区八矿戊9-10煤层划分为5个等级区域，如图6所示。
图6 平顶山八矿戊9-10煤层动力灾害分级预测(5级)
Fig.6 Classification prediction for dynamic disaster of No.9-10 coal seam in Pingdingshan No.8 Coal Mine
对比单一因素对矿井动力灾害发生的影响，煤层内动力灾害危险区域主要集中在高应力区，构造且对矿井动力灾害的控制作用明显。平顶山八矿戊9-10煤层动力灾害发生概率预测最大值和最小概率值分别为0.90和0.15。高应力的最大值位于井田北部，最大主应力值是30 MPa，最小值位于井田南部，最小主应力值是14 MPa。
2.2 十矿戊9-10煤层动力灾害一级预测
基于矿井自然地质动力条件分析，应用多因素模式识别概率预测方法，实现了平顶山十矿戊9-10煤层煤层的分单元动力灾害危险性预测。通过局部扩大方法，可以较为清楚地反映出矿井动态灾害危险性分布特征与巷道的对应关系。矿井动力灾害发生危险是对特定单元网格发生动力灾害可能性的定量描述。由于分析的数据量庞大，将图形显示模式设置为缩放显示，即只有达到一定的缩放比例，才能清晰地展示出巷道，从而有效实现图形显示的层次性。设定标签显示方式，可以清楚地显示每一网格单元危险性概率值，对特定网格单元危险性进行定量描述。
分别以危险性概率值0.39,0.59,0.78,0.84作为临界值，将平顶山矿区十矿戊9-10煤层划分为5个等级区域，如图7所示。
图7 平顶山十矿戊9-10煤层动力灾害分级预测(5级)
Fig.7 Classification prediction for dynamic disaster of No.9-10 coal seam in Pingdingshan No.10 Coal Mine
3 典型深部矿井动力灾害二级预测
3.1 二级预测与一级预测的关系
矿井动力灾害二级预测是基于一级预测成果，补充考虑巷道掘进、工作面回采、保护层开采、预抽工作面瓦斯等到工程活动效应的影响，对3～5 a时间内的回采工作面开采区域进行危险性预测，指导工作面的安全高效生产。
矿井动力灾害二级预测的特点在于:
(1)基于一级预测结果，补充考虑采掘工程活动的作用效应，分析预测参数关联度、计算关系系数，确定工作面范围内煤岩体动力灾害发生的模式;
(2)摆脱了预测参数数量和参数类别的束缚，实现了煤与瓦斯突出、冲击地压等矿井动力灾害的统一预测;
(3)实现了预测系统和指标参数输入功能的相互独立，使动力灾害预测更具有普遍性、易操作性;
(4)实现了矿井动力灾害预测的集成管理，可通过相关参数的输入，对矿井动力灾害实现实时预测;
(5)基于BP人工神经网络，使预测结果更为准确可靠。
二级预测针对特定的工作面范围，对动力灾害发生地点地应力、地质构造、瓦斯参数、煤岩物理力学性质等影响因素分析的基础上，选取地形曲率、地应力值、顶板岩性、瓦斯压力、瓦斯含量、活动构造等区域性参数和工程效应指标，预测发生矿井动力灾害的危险性。
3.2 矿井动力灾害二级预测影响因素
3.2.1 预测区域自然地质条件
矿井动力灾害二级预测基于一级预测成果，以特定工作面所在区域为研究目标，在原有预测精度进行进一步优化。在研究中，进一步划分了构造形式、构造特征及其对工作面动力灾害发生的影响，为二级预测工作的开展提供基础。八矿的戊9-10煤层和己15煤层相同点在于全部位于李口向斜轴的南翼，区别在于构造的分布深度，所以，在构造演化过程中，瓦斯赋存状态与煤层的形成过程等均有所区别。由于八矿的煤体瓦斯受到地质构造的控制，所以煤与瓦斯突出大多发生在断层、褶曲、煤层倾角变化、急煤层厚度变化等地质构造带。根据统计数据，发生在断层处的煤与瓦斯突出事故占总次数的27.8%;发生在构造煤由薄变厚区域的突出事故占总次数的30.6%;发生在煤厚变化区域的突出事故占总次数的5.6%;发生在煤倾角急剧变化区域的突出事故占总次数的5.6%。
发生在十矿的煤与瓦斯突出事故全部集中在郭庄背斜东北翼，由此表明，从宏观角度受控于主干构造，从局部角度受控于顺煤层断层。发生在十矿的46次煤与瓦斯突出事故，受到断层影响的事故数占总事故数的65.2%，表明十矿内煤与瓦斯突出事故的发生受煤层顺层断层的控制作用明显。
十二矿井田内的构造相对简单，主要赋存有北部的李口向斜和南部的牛庄向斜。根据统计资料，十二矿煤与瓦斯突出的发生受控于井田范围内的断层、褶曲、煤厚变化等小型地质构造带，发生在小型地质构造带附近的动力灾害事故约占总事故数的44%。
平顶山东部的十矿和十二矿井田，受控于北西方向展布的郭庄背斜、牛庄向斜、十矿向斜、牛庄逆断层，以及原十一矿逆断层，是一个北西向展布的逆冲推覆断裂褶皱挤压构造带，构造复杂，煤层破坏强烈，构造煤极为发育，厚度一般1.5 m以上。十矿丁、戊、己组煤层巳发生突出45次，最大突出强度326 t/次。十二矿已发生突出22次，最大突出强度290 t/次。八矿井田，西邻十矿、十二矿井田，位于李口向斜轴的南东转折仰起端。该井田位于北西向构造与北东向构造交汇复合、联合，既有北西向展布的任庄断裂、张湾断裂，又有北东向展布的辛店断裂，既有北东向展布的前聂背斜，又有北西向与北东向构造联合控制的焦赞背斜，且又有北西向构造与北东向构造联合作用控制的盆形构造——任庄向斜。井田内构造极为复杂，煤层破坏强裂，构造煤极其发育，厚度一般在1 m以上。八矿戊组、己组煤层已发生突出34次，最大突出强度478 t/次。
通过以上分析，八矿、十矿和十二矿的煤体瓦斯主要受控于褶曲构造、断裂构造、构造复合、联合、组合等地质构造，煤与瓦斯突出等动力灾害的发生大多集中在地质构造带。因此应进一步进行矿井工作面构造形式、构造特征的研究。
3.2.2 矿井人为工程
矿井人为工程因素大的方面分为2类:一类为掘进、回采等工程活动，在其影响下，上覆岩层发生移动，围岩力学性质发生根本性改变，原始的应力和能量平衡状态被打破。因此，矿井发生动力灾害的前提是具备相应的地质动力条件，在工程活动的影响下，应力升高、能量积聚，当达到或超过动力灾害发生的临界条件时，动力灾害发生的危险性积聚增加。另一类是区域和局部解危措施的采取，如保护层开采、煤层注水、钻孔卸压等，达到降低或消除煤层危险性。例如保护层开采后，被保护层得到卸压，应力集中程度降低，煤层透气性增加、煤层瓦斯压力降低，进而煤层的突出危险性得到削弱，从而实现了被保护层的安全高效开采。
3.3 十矿活动断裂对煤与瓦斯突出的影响
十矿活动断裂和煤与瓦斯突出的空间分布如图8所示。十矿戊9-10煤层瓦斯突出集中分布在Ⅲ-12断裂北侧附近，并受到Ⅴ-12,Ⅴ-13,Ⅴ-24和Ⅵ-9等活动断裂的影响。戊9-10煤层发生的25次煤与瓦斯突出中，Ⅴ-12活动断裂附近发生14次，Ⅴ-13活动断裂附近发生2次、4次位于Ⅴ-13断裂带附近，3次沿Ⅵ-9断裂分布。该区域总体受活动断裂Ⅲ-12的影响。该区域内，由于Ⅲ级活动断裂具有较强的活动性，并且Ⅴ级活动断裂的分布密度大，从而导致岩体破碎程度较高，构造应力集中程度较强，从而导致煤与瓦斯突出发生的频次和强度都较大。
图8 平顶山十矿Ⅵ级断裂
Fig.8 Grade VI fracture of Pingdingshan No.10 Coal Mine
十矿己15煤层发生的8次煤与瓦斯突出有1次位于Ⅴ-28附近，有4次位于Ⅲ-1,Ⅲ-9,Ⅲ-12,Ⅳ-3,Ⅳ-4的交汇处附近，并受到Ⅴ-12断裂的影响。另外3次突出中1次发生在Ⅴ-12附近，2次发生在Ⅴ-13附近。Ⅲ-1,Ⅲ-9,Ⅲ-12活动断裂是基于地质动力区划方法，在1:100 000的地形图上确定的穿过十矿井田的活动断裂，如Ⅳ-3断裂和Ⅳ-4断裂。Ⅲ级和Ⅳ级活动断裂比Ⅴ级活动断裂具有更强的活动性，尤以Ⅲ级活动断裂的活动性最强，受活动断裂的影响，在其附近区域导致煤与瓦斯突出的发生。
十矿的活动断裂与煤与瓦斯突出对比分析表明，Ⅲ级断裂和Ⅳ级断裂控制了煤与瓦斯突出的区域性分布，Ⅴ级断裂和Ⅵ级断裂则控制了煤与瓦斯突出的局部性分布特征。
3.4 八矿活动断裂对煤与瓦斯突出的影响
八矿活动断裂和煤与瓦斯突出的空间分布如图9所示。八矿井田西部区域煤与瓦斯突出主要受活动断裂Ⅲ-6,Ⅲ-12,Ⅴ-1,Ⅴ-2,Ⅴ-11和Ⅴ-12的控制。戊9-10煤层的24次煤与瓦斯突出有19次位于活动断裂Ⅲ-12和Ⅴ-1之间，并且有活动断裂Ⅴ-2从中间穿过;有2次位于Ⅴ-3断裂和Ⅵ-15断裂的交汇处;有3次位于活动断裂Ⅲ-12和Ⅴ-12之间，其中2次沿Ⅵ-7断裂分布。己15煤层发生的18次煤与瓦斯突出有3次位于Ⅲ-6,Ⅲ-12和Ⅴ-11的交汇处附近，有1次突出位于Ⅲ-12断裂与Ⅵ-27断裂交汇点，主要受活动断裂Ⅲ-12的影响。总体上，井田西部区域由于受到Ⅲ-12大型活动断裂的影响，同时在活动断裂Ⅴ-1,Ⅴ-2,Ⅴ-12的影响下，断裂带附近及相交区域导致了煤与瓦斯突出的频繁发生。
图9 平顶山八矿Ⅵ级断裂
Fig.9 Grade VI fracture map of Pingdingshan No.8 Coal Mine
4 结 论
(1)矿井动力灾害一级预测以矿井自然地质动力条件为依据，评价了不同区域动力灾害发生的危险性大小，对平顶山矿区动力灾害的发生进行了预测，为危险性检测和解危措施提供依据，奠定了矿井动力灾害二级预测的基础。
(2)矿井动力灾害二级预测是在一级预测的基础上，首先对矿井动力灾害一级预测的影响因素及指标进行分析和提取，继续细化构造形式和特征等自然地质动力条件;补充考虑采掘工程活动和各种解危措施的采取对动力灾害的影响，对其进行系统深入的研究，实现工作面范围的动力灾害的危险性评估。
(3)在Ⅰ～Ⅴ级断裂构造划分的基础上，划分了八矿、十矿和十二矿的Ⅵ级断裂构造，确定了研究区域断裂构造的分布形式，Ⅴ级和Ⅵ级活动断裂控制了煤与瓦斯突出的局部分布特征。为矿井动力灾害的二级预测提供了断裂构造信息。
(4)应用模式识别方法，实现了矿井动力灾害二级预测，将采煤工作面进行单元划分，预测动力灾害发生危险性并与一级预测结果进行对比，通过采动应力计算、残余瓦斯计算和保护层开采计算，分析不同解危措施的采区对动力灾害发生危险性大小的影响，评估治理措施的有效性，确定动力灾害危险区域。
[1] 潘一山.煤与瓦斯突出、冲击地压复合动力灾害一体化研究[J].煤炭学报,2016,41(1):105-112.
PAN Yishan.Integrated study on compound dynamic disaster of coal-gas outburst and rockburst[J].Journal of China Coal Society,2016,41(1):105-112.
[2] 于不凡.煤和瓦斯突出与地应力的关系[J].工业安全与防尘,1985(3):2-6.
YU Bufan.Relationship between coal and gas outburst and ground stress[J].Industrial Safety and Dust Control,1985(3):2-6.
[3] 张宏伟.地质动力区划方法在煤与瓦斯突出区域预测中的应用[J].岩石力学与工程学报,2003,22(4):621-624.
ZHANG Hongwei.Application of geo-dynamic division method in prediction of coal and gas outburst region[J].Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering,2003,22(4):621-624.
[4] 韩军,张宏伟,宋卫华,等.构造凹地煤与瓦斯突出发生机制及其危险性评估[J].煤炭学报,2011,36(S1):108-113.
HAN Jun,ZHANG Hongwei,SONG Weihua,et al.Coal and gas outburst mechanism and risk analysis of tectonic concave[J].Journal of China Coal Society,2011,36(S1):108-113.
[5] 尹光志,李小双,赵洪宝,等.瓦斯压力对突出煤瓦斯渗流影响试验研究[J].岩石力学与工程学报,2009,28(4):697-702.
YIN Guangzhi,LI Xiaoshuang,ZHAO Hongbao,et al.Experimental study of effect of gas pressure on gas seepage of outburst coal[J].Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering,2009,28(4):697-702.
[6] 程远平,张晓磊,王亮.地应力对瓦斯压力及突出灾害的控制作用研究[J].采矿与安全工程学报,2013,30(3):408-414.
CHENG Yuanping,ZHANG Xiaolei,WANG Liang.Controlling effect of ground stress on gas pressure and outburst disaster[J].Journal of Mining and Safety Engineering,2013,30(3):408-414.
[7] 姜福兴,曲效成,王颜亮,等.基于云计算的煤矿冲击地压监控预警技术研究[J].煤炭科学技术,2018,46(1):199-206,244.
JIANG Fuxing,QU Xiaocheng,WANG Yanliang,et al.Study on monitoring & control and early warning technology of mine pressure bump based on cloud computing[J].Coal Science and Technology,2018,46(1):199-206,244.
[8] 齐黎明,陈学习,薛俊华.煤层赋存状态突变对动力灾害的影响[J].煤炭工程,2012(12):92-94.
QI Liming,CHEN Xuexi,XUE Junhua.Sudden change of seam deposit condition affected to dynamic disaster[J].Coal Engineering,2012(12):92-94.
[9] 张晓东,张子戌.井田地质构造对煤与瓦斯突出影响的定量研究[J].焦作工学院学报(自然科学版),2001,20(6):409-412.
ZHANG Xiaodong,ZHANG Zixu.Quantitative research to coal mine structure acting on coal and gas outburst[J].Journal of Jiaozuo Institute of Technology (Natural Science),2001,20(6):409-412.
[10] 王振.煤岩瓦斯动力灾害新的分类及诱发转化条件研究[D].重庆：重庆大学,2010.
WANG Zhen.New classification and induced transformation conditions of gas dynamic disasters in coal and rock[D].Chongqing:Chongqing University,2010.
[11] 王桂峰,窦林名,蔡武,等.冲击地压的不稳定能量触发机制研究[J].中国矿业大学学报,2018,47(1):190-196.
WANG Guifeng,DOU Linming,CAI Wu,et al.Study on unstable energy triggering mechanism of rockburst[J].Journal of China University of Mining and Technology,2018,47(1):190-196.
[12] 连现忠.岩体应力状态对煤与瓦斯突出的影响研究[D].阜新:辽宁工程技术大学,2012.
LIAN Xianzhong.Research on the influence of rock mass stress state on coal and gas outburst[D].Fuxin:Liaoning Technical University,2012.
[13] 代志旭,石祥超.地形曲率对煤与瓦斯突出的影响初探[J].煤炭学报,2012,37(9):1541-1546.
DAI Zhixu,SHI Xiangchao.The influence of terrain curvature on coal and gas outburst[J].Journal of China Coal Society,2012,37(9):1541-1546.
[14] 兰天伟,张宏伟,李胜,等.矿井冲击地压危险性预测的多因素模式识别[J].中国安全科学学报,2013,23(3):33-38.
LAN Tianwei,ZHANG Hongwei,LI Sheng,et al.Multi-factor pattern recognition method for predicting mine rock burst risk[J].China Safety Science Journal,2013,23(3):33-38.
[15] 王志辉.孙村矿冲击地压区域预测研究[D].阜新:辽宁工程技术大学,2006.
WANG Zhihui.Research on regional prediction of rockburst about suncun coalmine[D].Fuxin:Liaoning Technical University,2006.
[16] DOU Linming,MU Zonglong,LI Zhenlei,et al.Research progress of monitoring,forecasting,and prevention of rockburst in underground coal mining in China[J].International Journal of Coal Science & Technology,2014,1(3):278-288.
