电磁辐射监测预警技术作为一种非接触式地球物理监测方法,在煤岩动力灾害监测预警领域得到了较为成功的推广应用。然而,煤岩破裂电磁辐射产生机制仍处于假说阶段,严重制约其监测预警效果的进一步提升,成为安全科学与工程领域亟待解决的问题。为此,本文实验研究了煤岩静态及不同受载强度下微表面力-电分布与原位演化特征,分析了微表面电性特征对煤岩破裂电磁辐射产生的贡献以及微表面力学特征对受载破坏裂纹扩展、演化的影响机制;实验研究揭示了煤岩受载破坏过程电磁辐射与微震动时频演化特征与相关性;在此基础上,提出了煤岩破坏电磁辐射电-震耦合产生机制,构建了煤岩受载破坏电磁辐射电-震耦合理论模型,并开展了模型的实验验证和误差分析。本文的主要研究成果如下:（1）利用原子力显微镜研究了煤岩微表面力-电分布特征。煤岩微表面形貌凹凸不平,总体起伏在几十到一百nm,反映了其微尺度的孔隙缺陷;煤岩微表面硬度和弹性模量均表现出非均匀分布特征,岩石微表面硬度和弹性模量整体上均高于煤;分析认为,微表面局部较低的硬度和弹性模量意味着该区域更易于变形破裂,从而产生孔隙、裂隙等缺陷。煤岩微表面电势可达几十至上百mV,且其分布不均匀,存在局部正/负电性主导;基于静电学理论估算了静态条件下煤岩微表面电势对应的等效面电荷密度,电荷密度在3.65 ×10-7C/m2～4.23×10-6C/m2之间;煤岩微表面孔隙缺陷为电荷的存在和聚集提供了场所,是煤岩微表面电势形成的原因之一;同时,煤大分子结构中不同极性基团以及岩石不同组分晶体表面在空气中产生的衍生带电基团也会对表面电势产生影响;微表面孔隙和极性基团/衍生带电基团的非均匀分布使得煤岩微表面电势也表现出非均匀分布特征。（2）利用原子力显微镜和微型加载装置探究了不同受载强度下煤岩微表面力-电原位演化特征。随载荷的增大,煤岩微表面局部既有升高又有降低,反映了该过程力在微表面的非均匀传递与分布;载荷增大后微表面局部弹性模量发生有增有减的复杂变化,且不同位置变化幅度差异明显;结合断裂力学相关理论,认为微表面弹性模量的非均匀分布及其随受载产生的局部增减变化是宏观破裂裂纹面粗糙、路径不确定以及产生诸多裂纹分支的内在原因,且会间接导致裂纹扩展过程中的震动现象。煤岩微表面电势随载荷的增大出现明显的局部高、低电势区的转移分布,变化幅度在数十mV量级,说明其在破裂前就存在表面电荷/带电基团的转移与重新分布;静态条件下微表面电势的存在与动态条件下微表面电势的变化表明煤岩微表面具有荷电能力,破裂时新生电荷可在表面存续,是煤岩破裂电磁辐射产生的电性基础。（3）利用三轴电磁辐射传感器和微型震动加速度传感器研究了煤岩单轴压缩破坏电磁辐射-微震动时频演化特征与相关性。煤岩单轴压缩破坏主裂纹通常沿轴向（与轴向呈锐角）扩展,且扩展方向不稳定,由此产生的裂纹面不规则且较为粗糙;受载破坏时电磁辐射和微震动信号同步产生,且二者波形总体持续时间相近;电磁辐射峰值、微震动峰值与载荷降之间呈现较为显著的正相关关系,表明电磁辐射与微震动在时序上存在耦合可能;煤岩受载破坏电磁辐射和微震动均为典型低频信号,多数情况下载荷降越大对应的电磁辐射和微震动的主频越小,且几乎每次破裂都存在电磁辐射与微震动主频接近（差值在1-2 kHz左右）甚至相同的情况,表明二者在频域上具有明显的相关性;破裂时三轴电磁辐射传感器中Z轴监测到电磁辐射峰值强度最大值的次数最多,X轴次之,Y轴最少,与基于运动电荷（带电裂纹震动）激发电磁辐射的方向性分布特征分析结果一致,表明电磁辐射由震动带电裂纹产生的推测是合理的。（4）提出了煤岩受载破坏电磁辐射电-震耦合产生机制,即电磁辐射由带电裂纹震动所产生,煤岩内部原始裂纹表面电荷和破裂时新生电荷构成了电磁辐射产生的电性基础,受载及破坏过程裂纹的震动构成电磁辐射的动力源;构建了基于带电裂纹震动的煤岩受载破坏电磁辐射电-震耦合理论模型,利用不同种类煤岩劈裂、单轴压缩以及不同加载速度下单轴压缩破坏电-震同步监测实验对构建的模型进行了验证,模型计算电磁辐射波形与实测波形均表现出较好的对应性和相关性,表明所构建的模型不受试样种类、加载速度及加载方式的影响,较为全面地验证了模型的有效性和电-震耦合机制的正确性。该研究成果对于深入认识煤岩破裂电磁辐射现象与产生机制具有重要的理论价值,同时可为电磁辐射监测预警技术的发展应用奠定重要理论基础。本论文包含图片99幅,表16个,参考文献258篇。