煤炭资源的深地开采是我国煤炭工业现阶段的发展状态,安全、高效、稳定的能源产出既是国民经济高速发展的保障,也是国家可持续发展战略布局的根本需求。煤岩在高地应力、高瓦斯压力和高地温的特殊环境下所表现出的深部力学特性及灾变模式对现有的理论与工程技术提出了挑战。研究深部煤岩力学特性表征,形成有效的煤岩体灾变监测预警方法对改善深部矿井开采环境,确保煤炭资源持续产出具有重要的科学价值和工程意义。本文以深部日趋严重的高瓦斯矿井冲击地压为工程背景,围绕瓦斯和应力耦合作用下煤岩力学特性演化机制这一关键科学问题,利用自主研发的含瓦斯煤岩真三轴力学测试系统、含瓦斯煤岩流-固耦合试验系统与声发射-电荷感应信号监测系统,运用物理试验方法,开展了冲击倾向煤岩吸附解吸瓦斯及其渗流规律的研究工作,综合考虑了瓦斯与应力路径的影响,开展了复杂应力路径下含瓦斯煤岩力学性质变化及其破坏特征的研究工作,得到了多因素影响的煤岩力学性质、破坏分形维数及特征和渗透率变化规律;采用理论分析手段,建立了含瓦斯煤岩力学关系表征公式及损伤演化模型,得到了含瓦斯煤岩变形破坏过程的盈余能演化规律;基于数字信号处理方法,厘清了声发射和电荷感应信号的时-频域特性,建立了含瓦斯煤岩破坏力-声-电关系模型,揭示了含瓦斯煤岩力学特性影响的声-电荷信号演化机制。主要取得了以下成果:（1）冲击倾向煤岩瓦斯吸附规律遵循朗缪尔吸附理论,在物理吸附理论下,吸附与解吸是互逆的且总量均与瓦斯压力呈正相关变化。受滑脱效应影响冲击倾向煤岩气测渗透率随瓦斯压力升高呈“V”形特征,随围压升高渗透率呈负指数关系降低。瓦斯压力越高煤岩基质膨胀变形引起内应力改变而各向异性特征凸显,弹性模量与强度明显降低,围压对吸附引起的内应力具有削弱作用而使得承载结构显著增强。（2）在应力峰值前冲击倾向煤岩的气测渗透率随加与卸荷呈反向降低-升高特征,循环加卸荷次数升高产生的疲劳效应增强了煤岩对瓦斯的通过能力,致密裂隙集中于峰后发育的损伤特征导致渗透率随载荷升高而降低和峰后急速上升的渗流特点是其与突出倾向煤岩的根本区别。随瓦斯压力升高煤岩力学特性由脆性向塑性特征过渡,且吸附态瓦斯的影响更加显著,在高应力场与瓦斯场的耦合作用下煤体孔隙率特征改变而引起的渗透率变化是冲击地压发生后瓦斯异常涌出现象的最直接原因。（3）随侧压比系数升高,煤岩真三向应力特性凸显,强度与弹性模量降低其侧向变形更易沿最小主应力方向发展,峰后应力降模量增大,所形成的周围伴随有剪切滑移裂隙的“◇”型张开孔洞这一典型破坏特征越发明显,为瓦斯涌出提供了通道。处于卸荷路径下的煤体在较高的卸荷速率下,力学性质各向异性减弱,强度降低且应力降模量增大,脆性特征愈发明显,具有更多的应变能和更低的能量耗散,更多由盈余能转化为煤岩碎块动能抛向采掘空间,受载路径导致的碎块“富能”特性是巷道冲击地压多发的应力因素。（4）地应力场与自身物质组成共同影响所形成的孔裂隙无承载能力而具有初始损伤,理论推导了由孔隙率表征的煤岩初始损伤表达式,以统计理论为基础,引入侧压比系数与各向异性系数,结合有效应力原理构建了考虑初始损伤的含瓦斯煤岩力学关系和损伤演化方程及煤岩压缩过程沿主应力方向的渗透率数学公式。高瓦斯压力导致煤岩非均匀性增强并使原生微裂纹发展,促进了损伤演化,相应的D-P准则锥形屈服面所包围的空间越小,更易在外载荷作用下产生塑性屈服,在力学特性上反映为煤岩强度降低,塑性特征显著,从而导致深部高瓦斯煤层冲击地压在低于常规判定指标情况下发生。（5）理论推导了煤岩峰前应变能密度公式,弹性模量与均质度越大,其内部应变能越高。修正平均瓦斯扩散系数和平均孔隙率获得了煤岩破坏过程考虑吸附态和游离态的瓦斯膨胀能理论公式,随着孔裂隙发育程度和扩散系数升高煤体具有更高的瓦斯膨胀能,低瓦斯压力时,游离态瓦斯对总瓦斯膨胀能的贡献度占主导地位,随瓦斯压力升高,吸附态瓦斯成为瓦斯膨胀能的主要能量源,瓦斯膨胀能的主导能量源互换临界瓦斯压力值随孔隙率增加而逐渐减小。煤岩破碎后碎块分布隶属于统计分形范畴,其分形维数直接反映了其破坏特征,理论推导了基于统计分形理论的含瓦斯煤岩破碎耗散能公式和盈余能密度数学表达,较高的弹性模量和均质度系数使应变能在总能量中的占比升高煤岩冲击危险增加;随瓦斯压力和破坏过程孔隙度升高,破坏后转化为煤岩碎块动能的盈余能量主体由煤岩骨架变形转为高压瓦斯膨胀做功而具有瓦斯作用主导的突出危险。（6）构建了含瓦斯煤岩裂纹扩展过程释放应变能与应力波转化的力-声关系式和煤岩块体摩擦滑移力-电荷关系函数,受高围压对煤岩体变形和摩擦滑移的抑制以及断裂韧度的升高,声发射为离散高幅值信号,电荷信号幅值降低;随着瓦斯压力升高,弹性能释放量减少破裂块体间摩擦滑移加剧,电荷信号波动程度增强而声发射幅值降低;真三向应力状态引起的应变指向性特征和循环加卸荷条件下的疲劳效应使应力峰值前煤岩裂化程度提升,较准静态受载声-电荷信号出现阶段前移,信号幅值与连续度显著增加。（7）含瓦斯煤岩破坏过程声发射为主频范围1～50kHz的低频信号,电荷感应为主频带1～100Hz的甚低频信号,信号的时域波形与主频带信号分量幅值与连续度均随着煤岩劣化程度加剧呈升高趋势。二者具有异步性属非同源信号,声发射伴随裂纹的发育产生,电荷与应力跌落具有明显的同步性,声发射先于电荷信号产生。基于围压和瓦斯对裂纹扩展和块体间摩擦滑移的影响机制和声-电信号的分布规律,认为声信号的对监测高应力环境具有冲击危险煤层较为适用并以电荷信号为辅助判定手段,对于高瓦斯具有突出倾向煤层应以电荷信号监测为主并与声信号相结合判定煤层灾变倾向。该论文有图176幅,表22个,参考文献253篇。