随着煤炭开采向深部延伸,冲击地压、煤与瓦斯突出等煤岩动力灾害日趋严重,如何预防和减少灾害发生,保证煤炭开采安全、合理、高效显得更为迫切。根据对材料力学性能的研究发现,材料在静载与动载破坏时往往表现出不同的破坏形式和力学特征。现有文献对煤的力学特性的研究以准静态居多,但专门针对煤动态特性的研究较少,国内仅有几位学者对无烟煤在单轴冲击作用下的力学特性进行了少量研究。本论文以潘谢煤田13-1煤层气煤为主要研究对象,选取软硬程度不同的原煤制作成实体煤和型煤两种不同的煤样试件,进行准静态力学实验和单轴冲击压缩实验。采用实验室实验研究、理论分析、数值模拟和现场案例比对相结合的方法,对其动态力学特性、本构关系以及冲击破坏过程中的能量耗散规律进行了研究,并探索了动载荷对煤与瓦斯突出的影响。论文主要完成以下工作：采用分离式霍普金森压杆实验装置对两组试件进行了不同应变率条件下的单轴冲击压缩实验(以下简称SHPB实验),采集实验波形,并利用三波法进行分析处理,得到了两种煤样在不同应变率条件下的动态应力应变曲线和相关的动力学参数。实验结果分析表明：两种煤样在冲击载荷作用下的变形过程可概括为初始非线性阶段、屈服阶段、应变强化阶段和卸载破坏阶段四个阶段；煤体的动态强度、峰值应变、动态弹性模量等均具有显著的应变率相关性,表现出显著的应变硬化和应变率强化等动态力学特性。通过动、静态实验对比,得到了两种煤的动态应力增长因子DIF和动态应变增长因子DEIF,发现型煤的应变率强化效应较实体煤更为明显。对两种煤样在冲击载荷下变形特征分析的基础上,参考前人对岩石类材料和无烟煤本构关系的研究成果,根据粘弹性理论和损伤力学理论,对朱-王-唐模型本构方程进行了合理的简化,并引入一个依赖应变率和应变的损伤量,构建了适用于气煤的包含损伤效应和应变率效应的、能够较好地反映其峰值应力前应力应变关系的动态本构方程。结合SHPB实验数据,对本构方程的未知参数进行了拟合,得了到相应的再生动态应力-应变曲线。拟合结果表明：再生动态应力应变曲线与实验曲线能够较好地吻合,煤体材料具有高应变率响应敏感性,且在高应变率条件下气煤比无烟煤表征更明显的脆性特征。依照已建立的煤体动态本构方程,采用Fortran语言开发了VUMAT煤体材料子程序,同时结合有限元软件ABAQUS中的用户材料接口,将煤体动态本构方程进行嵌入,对不同应变率条件下煤体的动态力学行为进行了数值模拟。结果表明,该子程序能较好地模拟煤体在冲击载荷下的动态力学性能。论文在准静态实验和SHPB实验的基础上,分别计算得出了两种煤样在不同应变率条件下破碎功密度、总吸收能密度等,并进行了应变率相关性分析。结果表明：两种煤样的破碎吸收能量密度均随应变率的增大而指数提高,与准静态加载相比,型煤的能量密度提高更快,应变率效应更为显著。同时,采用0.5mm、 1mm、10mm、 20mm 和 30mm煤样筛对实验碎块进行了块度分形研究,结果表明：随着应变率的提高,碎块分形维数增大,试件破碎程度加剧,碎块粒径越小,分形维数与应变率之间呈对数增长关系；碎块的平均粒径与应变率之间基本满足负指数关系,说明使碎块进一步破碎,所需的能量越大。将已构建的煤体动态本构方程嵌入大型有限元分析软件,分别对峰值荷载Pmax=30MPa、50MPa、70MPa三种强度动荷载作用下的煤体损伤进行了数值模拟,结合煤与瓦斯突出过程的能量分析和现场案例解析,将突出过程分为临界突出和突出两个不同阶段,并提出了一个达到临界突出的煤体最小破坏能量标准范围(5-10)×104J/m3。通过数值分析,有效地研究了不同冲击荷载作用下煤体劈裂裂纹演化的过程。结果表明,煤体在动荷载作用下出现间隔劈裂的结构,具有两种劈裂损伤形式：强拉伸应力为主导的“跃升式”损伤和拉剪-压剪损伤累积为主导的“阶梯式”损伤。综合分析可知,煤与瓦斯突出是由瓦斯膨胀能和突加载荷(如采掘、放炮、构造应力、围岩应力等)输入能共同作用引起的。在某些低瓦斯、高应力或者强扰动条件下,突加载荷可以通过两种损伤方式造成煤体临界破坏,从而成为导致煤与瓦斯突出发生的主要动力。研究成果可以进一步认识深部开采过程中,低瓦斯、高应力、强扰动条件下的瓦斯动力现象发生的机理,为防治矿山爆破、采掘等引起的动力灾害事故提供了理论依据。