随着煤矿开采深度逐渐增加,地质构造条件也日趋复杂,冲击地压和煤与瓦斯突出等动力灾害频繁发生且日趋严重。地质构造对动力灾害的发生有着明显的促进作用,甚至起主要作用。其中,煤层冲刷带是煤矿常见的地质构造,其附近煤-岩系统除受构造应力作用外,还将受到由硐室爆破、巷道掘进及工作面回采等工程活动引起的循环加卸载作用。煤-岩系统在循环加卸载作用下必然会引起损伤,降低煤-岩结构体的承载能力,导致巷道、煤柱发生失稳破坏。鉴于此,本文以煤层冲刷带为工程背景,采用理论分析、室内试验、数值模拟及现场实践等方法,对不同岩性和不同煤-岩高度比的煤-岩结构体在循环加卸载作用下的力学特性、能量演化特征及失稳破坏机制进行深入研究,对科学评价煤-岩系统稳定性,防止煤矿动力灾害事故的发生具有重要指导意义。论文主要研究内容及取得的成果如下:(1)根据煤层冲刷带内煤-岩结构特征,建立了煤-岩结构体的力学模型,对不同岩性及不同煤-岩高度比的煤-岩结构体力学特性进行了分析。并利用FLAC3D模拟软件,建立煤层冲刷带数值模型,研究不同冲刷带边坡倾角、不同煤-岩高度比、不同煤-岩强度比及不同围压强度对煤层冲刷带内积聚能量的影响,并对各影响因素的敏感性进行了分析。(2)对煤-岩高度比分别为1:3、1:2、1:1、2:1及3:1的煤-粗砂岩结构体、煤-细砂岩结构体和煤-泥岩结构体进行单轴压缩实验,对比分析不同岩性和不同煤-岩高度比的结构体在单轴压缩作用下的力学特性、变形破坏特征及冲击能量指数变化特征。将煤-岩结构体的峰值强度与煤、岩单体的峰值进行比较分析,煤-岩结构体的峰值强度和弹性模量介于煤单体和岩石单体之间,但更接近于煤单体峰值强度,随着岩石强度的增大,结构体峰值强度也随之增强。(3)对煤-岩高度比分别为1:3、1:2、1:1、2:1及3:1的煤-粗砂岩结构体、煤-细砂岩结构体和煤-泥岩结构体进行单轴循环加卸载试验,分析不同岩性和不同煤-岩高度比的结构体在单轴循环加卸载作用下的力学特征,并将单轴循环加卸载作用下的峰值强度与单轴压缩作用下的峰值强度进行比较、分析。通过CT影像、AE系统和DVC系统对煤-岩结构体在循环加卸载过程的裂纹发展和破坏形态进行分析,得到不同岩性和不同煤-岩高度比对结构体起裂应力和破坏形态的影响。(4)研究了单轴循环加卸载作用下的煤-岩结构体能量演化规律和声发射特征。分别用耗散能量法和声发射法对循环加卸载过程中煤-岩结构体的损伤变量进行计算、分析,比较两种计算结果的相同点和不同点,并在此基础上提出了联合损伤变量计算法。通过联合损伤变量计算法得到的损伤变量敏感程度较高,与结构体实际劣化过程相吻合,更好地反应了结构体在载荷作用下裂隙的发育、扩展情况。(5)对煤-岩高度比为1:3、1:2、1:1、2:1及3:1的煤-粗砂岩结构体进行了围压强度分别为3MPa、6MPa和9MPa的三轴循环加卸载试验,分析了结构体在三轴循环加卸载作用下的力学特征、能量演化特征及变形破坏特征,得到了不同围压强度和煤-岩高度比对结构体力学特性、能量演化特征的影响。并通过联合损伤变量计算法得到不同围压强度下结构体损伤变量的演化规律,以及不同围压强度和不同煤-岩高度比对结构体破坏形态的影响。(6)根据工作面前方能量储存的特点,从能量释放角度提出了判断系数(Q)的概念,利用能量判断系数对工作面在煤层冲刷带推进过程中的能量变化规律进行了分析。并通过微震监测法和钻屑法验证了能量判断系数的可靠性,为预测冲击的发生提供了新的思路。