煤矿开采过程中,地下煤层常常受到采掘活动造成的重复扰动。这种周期性载荷不断使煤体发生变形、损伤,改变煤层中瓦斯赋存状态和流动规律,进而诱发冲击地压、煤与瓦斯突出等动力灾害。循环载荷不仅是工程实践中一种常见的扰动形式,也是室内试验研究中一种重要的加卸载方式。本文以重复扰动影响下含瓦斯原煤的力学特性与渗流规律为研究对象,借鉴三种典型开采方式下回采工作面前方支承压力分布特征,设计了更贴近现场实际的轴压-围压异步循环加卸载应力路径,模拟分析了不同开采方式、煤层埋深、工作面推进速度和层理方向对煤体变形和瓦斯运移规律的影响。通过正交试验设计,采用极差分析法,还对上述影响因素的主次进行了探讨。主要研究成果如下:(1)轴压-围压异步循环过程中煤样变形和渗流特性与常规单向循环有明显差异,并表现出显著的围压效应:轴压-围压异步循环载荷作用下试样变形本质上受拉压交变载荷控制;渗透率随应变变化曲线与轴向应力曲线不再呈“X”型相交,试件中孔裂隙发育状态是影响其变化的重要因素。(2)考虑轴压和围压对试件输入能量过程的异步性,修正了三轴变载作用下能量计算公式。发现加载段的能量累积大致可分为初始阶段、等速阶段和减速阶段;轴向载荷对试件获得的总应变势能贡献最大,约占70~85%;试验机对煤样输入的总能量中80~90%转化为弹性应变能,只有不到20%的能量用于塑性应变能的产生和内部裂隙的发育,且围压对试件输入的能量中用于耗散的比例普遍高于轴压。(3)不同循环参数下煤样变形和渗透特性表现出不同的规律。应力集中系数较小时,试样变形的围压效应明显,表现出“扩容”现象,随着轴压循环上限的增大,试件变形逐渐转为受轴压控制,且轴压越大,试件产生的塑性应变越大,损伤越明显;试验机对试样输入的总能量也越多,用于耗散能的比率也越大。初始静水压力水平越高,试件产生的变形和塑性变形累积越多,试验机对试件输入的能量也越多,特别是当试件进入“深部”应力水平后,试件的应变响应、变形模量、渗透率变化规律均较之前有很大差别。加卸载速率越大,试件塑性应变累积越多,损伤程度越大,而每一加载段试件中储存的应变势能越少。相同应力循环条件下,垂直层理试样变形量普遍大于平行层理,试验机对其输入的总能量和转化为耗散能的比率也普遍高于平行层理;而平行层理方向上渗透率比垂直层理方向高1~2个数量级。(4)通过极差分析发现,开采方式是影响循环载荷过程中试件损伤程度的最主要因素,其次为初始静水压力和加卸载速率;而初始静水压力是影响渗透率变化的最主要因素,其次为层理方向和开采方式。综合对比后发现,保护层开采是防治煤与瓦斯突出、冲击地压等动力灾害最佳的开采方式,在条件允许时应优先考虑。