传统采煤方法存在围岩局部应力高度集中问题,容易引起冲击地压灾害。充填开采法对减小煤层顶板下沉量及降低工作面超前支承压力具有有效性,能够有效抑制冲击地压发生,是有效控制冲击地压的合理采煤方法。为探索充填开采采场冲击地压发生条件及其影响因素,验证充填开采防治冲击地压的有效性,达到合理设计充填方式与充填工艺及其充填参数、为有效防治充填开采采场冲击地压奠定理论基础、指导充填开采的工程实践探索之目的,本文选择集贤煤矿为试验矿井,采用理论分析、实验室试验、数值模拟、相似材料模拟与现场工程实践相结合的研究方法,对充填开采防治冲击地压理论及应用进行了研究。主要内容如下:1.冲击地压扰动响应失稳理论及分类研究。基于煤岩动力系统稳定性理论,丰富发展了冲击地压扰动响应失稳理论,揭示了冲击地压扰动响应失稳机理,建立了冲击地压扰动响应失稳判据。根据冲击地压扰动响应失稳理论,进行了冲击地压分类研究。2.无充填时井下煤岩体冲击地压研究。根据冲击地压扰动响应失稳理论,针对无充填时不同类型冲击地压,构建了不同类型的煤岩动力系统,建立了力学模型并进行了解析分析,.得到了主要影响因素,为充填开采防治冲击地压研究奠定了理论基础。基于煤岩动力系统稳定性理论,通过建立圆形断面巷道—围岩—支护系统、煤层—采空区—顶底板系统、断层—煤柱系统,并进行解析分析,得到了不同类型冲击地压发生的临界条件及其主要影响因素。基于顶板剪切梁模型,通过对回采工作面推进过程中顶板破裂特征研究,提出了顶板断裂的C形板模型,揭示了顶板断裂诱发冲击地压的剪切失稳机理,明确了冲击地压的主要冲击源,提出了通过控制顶板剪切失稳断裂进而防治煤矿冲击地压的基本思想。3.防治冲击地压的充填方法研究。对充填开采方法进行分类分析,在此基础上结合冲击地压三种基本类型及其影响因素,提出了针对不同类型冲击地压的充填开采方法。.4.防治冲击地压的充填材料研究。对充填材料及其力学性质进行分析,研制了一种具有刚柔耦合性能的混凝土充填体,下端为混凝土刚性材料,上端为柔性材料,并分别进行了混凝土材料、柔性材料及组合体的力学性质测试。混凝土充填体作为巷旁支护体,能够对顶板提供一定的初撑力,并起到切顶的作用;柔性充填体吸收顶板运动产生的动能,达到防治冲击地压的效果。5.充填开采时井下煤岩体冲击地压研究。分别建立了采空区充填采场、沿空留巷巷旁充填采场理论分析结构模型,并进行了解析分析,得到了充填采场不同类型冲击地压发生的临界条件及其主要影响因素,并与无充填采场不同类型冲击地压发生的临界条件及其影响因素进行了对比分析,阐述了充填采场对顶板变形破坏的控制作用,建立了充填开采防治冲击地压理论分析模型,研究了充填体在充填采场防治冲击地压中的作用,建立了充填开采防治冲击地压理论,验证了合理充填开采方法防治冲击地压的有效性。通过解析分析,得到了顶板破裂位置对基本顶、直接顶、煤层和充填体的变形与应力的限制条件。由此限制条件,即可判别煤层冲击、顶板冲击、充填体冲击哪种情况可能首先发生。充填开采对不同类型冲击地压均具有有效控制作用。充填开采时发生煤体冲击的临界采空区宽度约为无充填时发生煤体冲击的临界采空区宽度的2倍。对于深部开采,虽然充填体能够有效控制冲击地压,但仍然不能完全杜绝冲击地压的发生,需要开发更加良好的防冲充填材料,提高充填体的强度,才能达到有效降低冲击危险性之目的。6.充填开采防治冲击地压的数值模拟与物理模拟研究。为弥补解析分析的不足,采用RFPA数值模拟软件对采空区充填采场进行了数值模拟研究,采用FLAC3D数值模拟软件对沿空留巷巷旁充填采场进行了数值模拟研究,采用相似材料模拟试验对沿空留巷巷旁充填采场进行了物理模拟研究,并与无充填采场模拟结果进行对比分析,进一步验证了充填开采防治冲击地压的有效性。充填体强度与压实率足够大时,顶板应力集中程度减弱,可有效防治顶板断裂型冲击地压的发生。充填体与煤体共同承担采动应力,煤体应力集中程度减弱,可有效防治煤体压缩型冲击地压的发生。充填开采时断层压剪应力变化幅度降低,断层不易活化,有效控制了断层错动型冲击地压的发生。7.充填开采防治冲击地压的工程实践。选择集贤煤矿为试验矿井,进行了充填开采防治冲击地压的工程实践。该论文有图160幅,表16个,参考文献168篇。