随着煤矿逐渐进入深部开采,煤岩瓦斯复合动力灾害日益加剧,严重威胁着煤矿的安全生产。然而,到目前为止,学术界对于煤岩瓦斯复合动力灾害的研究仍然处于起步阶段,对复合动力灾害发生机理的深入研究迫在眉睫。本文将突出-冲击耦合动力灾害作为切入点,以现有的研究中很少关注到的含瓦斯煤岩组合体为研究对象,采取试验测试、理论分析、物理模拟和数值计算相结合的方法,对受载含瓦斯煤岩组合体损伤与煤中瓦斯渗流耦合失稳诱发复合动力灾害机制进行了探索,得到了一些创新成果。本文的主要研究结论如下:(1)开展了三向应力下CH4和CO2在煤中的渗透率测定试验,分析了煤体在不同受力条件下对CH4和CO2的渗透特性。研究表明,CH4和CO2在煤中的渗透率变化规律存在许多相似之处。两者的渗透率随气体压力的变化规律都是由吸附膨胀、有效应力和Klinkenberg效应所控制。气体吸附作用越强或者煤体所受围压越大,渗透率越小。在温度的影响下,两者的渗透率随着瓦斯压力的增大都呈现出类似的分段特征,并且两者在稳态法测渗透率试验中达到渗流稳态所需时间都呈现出类Langmuir特征。对CH4和CO2来说,温度对渗流系统达到稳态所用时间的影响并不明显。(2)以含瓦斯煤和煤岩组合体为研究对象进行了常规三轴加载力学试验,结果表明,煤岩组合体的承载强度介于岩体与煤体之间。随着围压的增大或瓦斯压力的减小,三种试样的强度均增大。含瓦斯煤岩组合体发生破坏的区域主要出现在煤体部分。但是在一定的条件下,会扩展到接触到的岩体部分,形成贯穿裂纹。含瓦斯煤及煤岩组合体强度特征均符合Mohr-Coulomb强度准则。煤岩体内裂纹的发生和扩展不仅影响着煤体以及煤岩组合体的宏观应力-应变特征,还决定了其渗透率演化特征。在低围压下,煤岩组合体声发射信号分布特征更类似于煤的连续分布特征。而在高围压下,煤岩组合体声发射信号分布特征更类似于岩石的脉冲分布特征。煤与泥岩组合体的累积计数和累计能量高于煤与砂岩组合体。(3)进行了含瓦斯煤与砂岩组合体定轴压卸围压、复合加卸载两种卸荷路径下的力学试验。研究发现,卸围压和复合加卸载使得组合体的粘聚力减小,内摩擦角增大,承载强度降低。Mohr-Coulomb强度准则仍然适用于卸荷应力路径下的含瓦斯煤岩组合体。在复合加卸载条件下,组合体中煤体部分更易发生变形破裂。煤岩体内裂纹的发生和扩展会受到瓦斯赋存条件、实际采动应力以及多重应力路径的综合影响。复合加卸载路径下声发射累积计数和累计能量最大,其次是卸围压,最后是常规三轴加载。(4)以含瓦斯煤岩组合体接触面处的受力分析为突破口,对含瓦斯煤岩组合体损伤破坏机制进行了理论分析。结果表明,含瓦斯煤岩组合体在变形破坏过程中,煤体和岩体部分在水平方向会产生不协调变形量,从而在各自的界面处产生了附加应力的作用,这是含瓦斯煤岩组合体的损伤破坏异常复杂的根本原因。在实际采矿过程中,煤岩组合体最主要的受力方式是:随着轴压的增加,接触面岩体的抗压强度减小但仍大于远离接触面煤体的抗压强度,接触面煤体的抗压强度增加但仍小于远离接触面岩体的抗压强度。建立了含瓦斯煤岩组合体影响下煤体的渗透率演化模型并利用实验室数据进行了验证。最后,建立了考虑组合体中煤体和岩体部分的损伤及煤的渗透率演化特征的煤岩组合体气固耦合模型。(5)进行了不同条件下受载含瓦斯煤岩组合体损伤及其煤中瓦斯渗流耦合致灾物理模拟试验和数值模拟。研究结果表明,突出-冲击耦合动力灾害发生后,煤层和顶板岩层都会发生一定的变形破坏,灾害抛出的煤粉没有明显的分选性。瓦斯压力在暴露面向煤层深处急剧上升,在应力集中处达到最大,且高于煤层初始压力。与突出相比,突出-冲击耦合动力灾害更易在相对低的瓦斯压力、相对高的煤层强度以及较小的顶板煤层强度差的条件下发生,但这些条件不能达到冲击地压的发生条件。地应力和瓦斯压力越大,突出-冲击耦合动力灾害的强度就越大,带来的危害就越大。(6)建立了含瓦斯煤岩组合体失稳诱发复合动力灾变能量判据,揭示了含瓦斯煤岩组合体耦合失稳诱发复合动力灾害机制,并结合现场典型案例对研究结果进行分析验证。建议结合大数据和深度学习技术对煤岩瓦斯复合动力灾害进行实时精准预测,同时建议采用消除瓦斯内能和降低煤岩体弹性能两类措施并举的煤岩瓦斯复合动力灾害一体化防治策略。