断层带岩石与瓦斯突出是一种复杂的破坏性动力现象,会在巷道内产生冲击波,造成人员伤亡和破坏井下机电设备。突出产生的冲击波作用在围岩体上时,会引起岩体质点产生摇摆和振动,使井下巷道发生局部破坏,甚至会引起整体坍塌和地(矿)震等地质灾害,严重威胁井下生产安全。为了深入研究断层带岩石(煤)与瓦斯突出机理以及突出冲击波的动力效应,本文首先从弹性力学角度分析了岩柱内裂纹面上的应力状态,通过分析裂纹尖端周边的应力场,认为断层带岩石(煤)与瓦斯突出是断裂带孔隙气压力达到裂纹起裂条件,裂纹发生失稳扩展从而产生破坏的动力现象。其次,根据波动基本理论推导了断层带线状突出冲击波峰值超压和速度方程;结合大平煤矿10.20突出事故案例,利用LS-DYNA有限元和LS-Pre Post后处理软件,模拟分析了线状突出冲击波对巷道围岩的动力效应。最后,通过断裂力学分析了裂纹尖端的应力状态,修正了微元体中有效应力的表达式,建立起了岩柱安全厚度的计算模型,运用ABA QUS模拟的煤岩体的蠕变应变曲线,推导出了安全岩柱与蠕变应变和时间的关系式,可为巷道安全施工提供一定的理论支持。本文取得了以下主要研究成果:(1)、在地应力和高压瓦斯等自然力营造环境中,工程开挖的扰动导致掌子面附近岩体中的有效应力减小,渗透率增大。当断层带裂纹尖端的应力强度因子达到岩体的断裂韧度,孔隙气压力达到裂纹起裂条件时,微裂纹会逐渐扩展、贯通,岩体发生失稳破坏,高压瓦斯气体沿着贯通的裂隙高速运动,发生岩石与瓦斯突出现象。(2)、瓦斯突出发生后,断层露头处瓦斯流的速度和压强超过临界状态时,会在巷道采空区形成冲击波。冲击波边界与开挖巷道轴向的夹角为突出扩散角?,与巷道顶底板形成了两个三角形区域,该区域无冲击波直接作用,称矿井突出盲区。冲击波是一种强烈的压缩波,依照空气动理论推导出了波阵面的超压参数方程,超压与突出总能量成正比,与传播距离成反比。(3)、漏斗状冲击波传播边界与巷道顶底板交界部位,岩体质点的动力破坏最严重,速度峰值可达78.015cm/s,为巷道最大破坏区。沿巷道轴向,当围岩某质点处的冲击波超压峰值衰减为0.02MPa,或者振动速度小于5cm/s时,该质点正好处于安全极限状态。极限点至最大破坏区的距离是冲击波衰减区,衰减区内岩体仍有破坏现象,本文案例中衰减区的长度计算值为280m。(4)、在巷道横向剖面上,冲击波对巷道侧壁的侵蚀相对较轻。距离掌子面120m以内的范围内,顶壁节点的速度和位移峰值均比侧壁的相应值高2-4倍;而120m以外,顶壁和侧壁的速度与位移值逐渐趋于相同。当岩体较为软弱时,其冲击质点的振幅较大。当岩体弹性模量减小到0.05GPa时,振幅已增加到64.776mm,巷道破坏效应也相应增大。(5)、应用断裂力学理论,分析了岩体在地应力和瓦斯气压力共同作用下,裂纹尖端的应力状态,通过应力强度因子建立了临界开挖厚度计算模型。应用ABAQUS模拟出了煤岩体的蠕变应变曲线,推导出了安全开挖厚度与蠕变应变及时间的关系式,弥补了该领域的空白,与实际工程相比较,具有较高的吻合性。