随着我国煤矿开采深度和强度的逐渐增加,冲击地压已经严重威胁煤矿的安全高效生产。充填开采技术通过采空区充填体限制覆岩移动实现绿色开采,对坚硬顶板诱发的冲击地压事故具有防治作用。 

针对充填开采防治坚硬顶板诱发的冲击地压,从散体充填材料和胶结充填材料的动力学特性、能量传递机制和相关数值模拟研究等3个方面综述了充填体的动力学特性研究进展。 当前针对散体充填材料和胶结充填材料的动力学特性和能量传递机制主要利用落锤冲击和霍普金森试验进行研究,PFC和 ANSYS数值模拟软件也被广泛应用于研究充填体的动载特性。

总结了坚硬顶板诱发冲击地压发生机理为顶板突然垮落使得顶板和煤层中积聚的能量迅速释放,进而引发冲击地压发生;从充实率和能量机制的角度阐述了坚硬顶板与充填体相互作用机制,揭示了充填体具有有效降低煤岩层中能量积聚、减缓能量释放、降低能量传递效率的作用,其作用效果主要取决于充实率的大小。 

阐述了坚硬顶板诱发冲击地压的固体和胶结充填开采防治技术,分别以济三煤矿6304工作面固体充填和古城煤矿1123工作面胶结充填防治冲击地压工程案例进行了分析,微震实测数据表明充填开采技术能够明显降低工作面开采过程中的微震事件发生次数和能量等级, 能够有效防止坚硬顶板型冲击地压的发生。未来,冲击地压的充填开采防治还需要在基础理论方面进行深入研究,研究充填开采条件下岩层移动和能量演化规律,实现岩层精准控制和能量演化的 精准预测,研发新型吸能充填材料,达到减冲的目标。

随着煤炭资源不断开采,我国浅部煤炭资源日益枯竭,煤炭开采重心开始向深部转移。据统计, 目前我国有冲击危险倾向的矿井数量约141座,产能 约为4亿t,占全国煤炭产能的9.1%。在煤矿开采向深部转移的过程中,矿井深部覆岩结构复杂、工作 面开采强度高、矿压监测防控能力不足等问题逐渐显现,导致冲击地压事故频发。

冲击地压是指井巷或工作面周围煤岩体由于聚集的弹性变形能瞬时释放而产生剧烈破坏的动力现象,常伴随有煤岩体瞬时位移、抛出、气浪、巨响等现象。关于冲击地压发生的机理,最早出现的是国外学者提出的强度理论、能量理论、冲击倾向性理论等。我国冲击地压理论研究起步较晚,最早形成的理论是李玉生在1985年提出的“三准则”理论; 齐庆新等则认为冲击地压发生的实质是煤岩体在高应力作用下发生变形,局部形成高应力集中并集聚 能量,在采动应力的扰动下发生动力现象,最终总结出了冲击地压发生的“三因素” 理论。章梦涛指出冲击地压是煤(岩) 变形系统处于非稳定平衡状态下受到扰动发生的动力失稳过程,采用失稳的能量判 据作为冲击地压发生的统一判据,提出了冲击地压的统一失稳理论。潘一山等将冲击地压的发生简化为控制量、扰动量和响应量影响下的煤岩变形系统的稳定性问题,提出了冲击地压扰动响应失稳发生机理和判别准则。潘俊锋等认为冲击地压发生依次经历冲击启动、冲击能量传递、冲击地压显现3个阶段, 从而提出了冲击启动理论。窦林名等认为煤岩体 中静载荷与矿震形成动载叠加之和大于诱发煤岩体冲击破坏的最小载荷,诱发冲击地压灾害,依据应变率将煤矿载荷进行界定。潘立友等建立了煤岩体扩容突变理论,将冲击地压的孕育过程分为弹性变形、非线性、扩容突变3个阶段。姜耀东等根据非平衡态热力学和耗散结构理论,认为冲击地压是煤岩 体系统在变形过程中的一个稳定态积蓄能量向非稳定态释放能量转化的非线性动力学过程。张俊文等提出了结构调控防冲理念,认为冲击地压灾害发生的根源是由于岩体结构的演变而引起,冲击地压灾害防控应从调控岩体结构出发,提出了由巷道优化布置、水力/气体压裂、深孔爆破、大直径钻孔等组成的结构调控体系来实现降低冲击地压灾害发生的危险性。