煤炭生产实践表明,采场矿压显现与瓦斯涌出存在着相关性。煤炭开采后,煤岩变形破坏,应力将在煤层及围岩中重新分布,造成煤中瓦斯的吸附、渗流、扩散特性的变化,影响着瓦斯在其中的迁移流动;反过来,瓦斯的不断涌出,造成煤岩骨架位移和应力的变化。因而,矿压显现和瓦斯涌出相互关联的原因在于应力作用下煤层及其围岩变形与瓦斯运移间的相互耦合作用。本论文基于流固耦合系统动力学理论,采用实验室试验、理论分析、数值模拟、现场观测等方法,将煤炭开采时的矿压显现特征、煤岩层移动及瓦斯运移有机结合起来,研究煤层、围岩与瓦斯流固耦合系统动力学行为,揭示了采场围岩矿压显现与瓦斯涌出的规律以及两者之间的相关性。论文主要研究内容及成果如下:(1)对采自现场的煤岩样进行了拉、压强度试验、全应力应变渗透特性试验以及破碎煤岩样的渗透试验,并测定了煤样的吸附常数。煤岩全应力应变渗透试验表明,渗透率峰值“滞后”于应力峰值,渗透率的最高值点位于峰后软化段,并随围压的增大而减小;破碎煤岩样渗透试验结果表明,渗透率与孔隙度的关系可以用幂函数来拟合。(2)建立了一种考虑采空区部分充填和采面支架作用的岩层(煤层)变形—瓦斯运移耦合系统动力学模型,设计了系统响应计算的算法并用FORTRAN语言编制了响应计算程序。在响应计算程序编制中,将岩层(煤层)单元高度、弹性模量、Poisson比、抗拉强度、内聚力、内摩擦角、孔隙度、渗透特性(渗透率、非Darcy流β因子和加速度系数)及其变化指数、孔隙压缩系数、D-P强度准则中k_φ和q_φ等定义为一维数组以实现数据在主程序和子程序中的传递;根据开采状态的不同,单元物理量和节点物理量计算的子程序设计为三种,开切眼状态、初采未充填状态、采空区部分充填状态,以煤柱宽度、充填区宽度、未充填区宽度为开采参数表征开采状态;岩(煤)层、充填区、未充填区、支架之间界面上节点物理量的计算分十一种情况进行编程;充填物对上覆岩层的作用采用初始间隙和变形模型来描述,支架对上覆岩层的作用按刚度系数分配到单元的边界;单元破坏状态分为4种,分别为弹性状态、剪切屈服、拉伸破坏和空状态,其中未充填区单元当做空状态处理;岩层的静平衡状态作为动力学响应计算的初始条件,单独编写程序段。(3)根据潞安矿区某综采面地质条件(包括煤层的强度、渗透特性及其变化指数、扩散系数等)、充填物变形模量测量值、支架技术性能指标,建立了一种岩层变形—瓦斯运移耦合系统响应计算的数值模型,数值模型中包含开采煤层和7层覆岩,考虑了采空区部分充填及支架对覆岩的作用,利用FORTRAN程序计算了七种开挖状态(包括静平衡状态)下系统的响应,给出了破坏状态和铅锤方向正应力分布的曲面图以及渗透率、瓦斯压力和瓦斯涌出量变化曲线。基于计算结果,分析了矿压显现规律、瓦斯涌出规律以及两者之间的相关性。结合算例讨论了算法的数值稳定性。(4)采用Euler描述法建立了由皮顺、轨顺、尾巷和采空区所组成区域中瓦斯运移动力学模型,讨论了巷道与采空区中瓦斯扩散系数、渗透性以及界面上瓦斯流动的连续性。(5)用FLAC3D对采动过程中矿压显现与瓦斯运移进行了数值模拟,研究开采过程中岩层移动破坏与采场应力的变化,分析了煤岩变形破坏、超前支承压力与瓦斯涌出的关系以及初次来压、周期来压对瓦斯涌出的影响。(6)根据常村矿某综采面矿压与瓦斯观测数据,从支架载荷、超前支承压力和巷道围岩变形三个方面分析了该综采面矿压显现特征;从瓦斯浓度的时空分布分析了瓦斯涌出的特征。分析了该采面采场矿压显现与瓦斯涌出量在空间上和时间上的相关性;根据支架载荷和瓦斯浓度功率谱分析了矿压显现与瓦斯涌出在时间上的相关性。(7)最后从通风系统、回采工艺和瓦斯抽采等方面提出了减小瓦斯灾害的措施。