煤与瓦斯突出是一种极其复杂的矿井动力灾害,国内外学者虽然已经对煤与瓦斯突出机理进行了大量的研究,获得了许多成果,但煤与瓦斯突出演化过程及机理仍然未能彻底掌握,仍然是一个亟待解决的问题。本文通过对红阳二矿突出实例的研究,获得了更加具体的多种突出特征和突出形式,掌握了突出特征的宏观变化规律;采用相似模拟手段进行了突出强度实验,获得了瓦斯压力、地应力、放散初速度指标与突出强度的经验关系,再现了突出特征的宏观变化规律;针对多种突出特征和突出形式进行了理论研究,分别确定了突出发动的力学条件和能量条件;通过数值模拟研究再现了煤体裂纹扩展演化及突出孔洞演变规律,揭示了突出发展过程中的力学作用机理;针对红阳二矿关键致突因素和致突机理,提出了采用静态爆破技术防治煤与瓦斯突出的新方法,并对该方法的可行性和防突效果进行了工业应用实验。本文取得了以下主要研究成果:(1)针对红阳二矿136次煤与瓦斯突出实例进行了深入研究,从突出的动力显现特征、突出类型、突出次数、孔洞特征、突出强度、瓦斯涌出、突出地点、作业方式、突出应力、煤体环境等方面进行综合分析,获得了更加具体的3种倾出形式、5种压出形式和典型的突出形式,获得了红阳二矿突出空间分布规律。研究表明,红阳二矿突出的宏观特征随埋深的增加由压出类型向典型突出类型转变,突出发生的主导因素是瓦斯,但突出的区域性分布规律是由地应力控制形成的。(2)根据相似理论,针对红阳二矿采掘条件及煤层的实际特征,遵循比例研发了三维煤与瓦斯突出相似模型实验系统,进行了实验煤样的压制,获得了煤样视密度、孔隙率、抗压强度与成型压力的关系,确定了突出实验可靠的成型压力。通过相似模拟突出实验研究了不同瓦斯压力、地应力、煤的瓦斯放散初速度等条件下的煤与瓦斯突出发生特征、突出强度的变化规律,获得了红阳二矿12煤层的突出强度、突出距离及相对突出强度与瓦斯压力、放散初速度的耦合关系,验证和揭示了红阳二矿突出规律、影响控制因素及作用机理。(3)红阳二矿突出实例特征和突出过程的研究结果,表明煤与瓦斯突出发动力学条件并不唯一,在对煤岩微观破裂规律分析研究的基础上,根据红阳二矿突出的特征、类型及突出前煤体破坏形式,划分了5种力学失稳突出模式,分别确定了相应的力学判定条件,并进行实例分析和验证。(4)结合煤体瓦斯分布规律对关键结构体模型进行了补充和完善,确定了突出发动的力学判定条件和能量判定条件,结合卸压区安全宽度理论,对红阳二矿随着埋深增加,突出的宏观特征由压出逐渐向典型突出发生转变且更易突出现象的形成机理进行了新的阐述。(5)采用RFPA2D-flow气固耦合分析方法,针对不同瓦斯压力、不同地应力条件、不同煤体强度、不同均质程度及软弱煤体等条件下的突出发展过程进行了数值模拟研究,再现了煤体裂隙萌生、扩展、割裂煤体、抛出煤体的发展过程和突出孔洞形成、扩展、收缩的演变过程,揭示了不同条件下的煤体裂纹扩展破坏机理和煤体应力运移演变规律。研究表明突出发展过程中地应力的作用使突出孔洞向楔形发展,而瓦斯压力作用使孔洞形状呈球面形状发展,突出孔洞形状最终是二者共同作用的结果,研究结果进一步揭示了突出的演化过程和力学作用机理。(6)红阳二矿82%的煤与瓦斯突出由扰动引起,为此针对性地提出了静态爆破缓慢致裂增透防治煤与瓦斯突出的新思路,改良出3种具有代表性的静态破碎剂,研制了新型膨胀压力测定装置,采用静态爆破技术分别对煤层工作面和石门揭煤工作面进行了消突实验,充分验证了该技术的可行性和实用性,为防治煤与瓦斯突出工作补充了一种新方法。