近年来,随着我国浅层煤炭开采殆尽,煤矿进入深部开采,导致煤与瓦斯动力灾害发生的频度与强度增加。主要是由于煤与瓦斯动力灾害的致灾因素:应力与瓦斯压力均发生变化,使得煤与瓦斯动力灾害发生机理更加复杂。含瓦斯煤岩应力与瓦斯压力耦合特征致灾作用研究是揭示煤与瓦斯动力灾害机理防治煤与瓦斯动力灾害的关键,但现有煤层应力与瓦斯压力耦合研究以宏观定性为主,而实验室定量试验研究将密封试样罐内气体压力代替煤层瓦斯压力,无法实时同步研究应力与瓦斯压力之间耦合本质关系。为进一步的深入研究含瓦斯煤岩应力与瓦斯压力的耦合特征,本文分别以实验室和工程尺度为背景对含瓦斯煤岩应力与瓦斯压力耦合特征开展了模拟研究。取得了以下研究成果:(1)基于含瓦斯煤岩孔隙特性和瓦斯吸附理论,以含瓦斯煤瓦斯压力、应力、孔隙率、渗透率变化为基础,依据Langmuir方程,含瓦斯煤岩的变形场方程以及渗流场方程,构建含瓦斯煤岩应力与瓦斯压力耦合本构方程。根据含瓦斯煤岩应力与瓦斯压力耦合方程,开展含瓦斯煤岩在不同围压下力学特性实验室试验与数值模拟,得到应力-应变,孔隙率,渗透率变化曲线,根据研究表明:含瓦斯煤岩孔隙率和渗透率随应力增大先减小后增大,含瓦斯煤岩体积应变随应力的增大呈现先增大而后又跌落的变化规律。根据数值模拟与实验室试验结论进行对比分析,其结论具有一致性,表明所建立模型的准确性和可靠性。(2)在不同初始瓦斯压力和不同围压条件下,针对含瓦斯煤岩力学特性进行数值模拟研究。研究结果表明:无论煤岩是在相同围压不同初始瓦斯压力还是在初始瓦斯压力相同不同围压的边界条件下,含瓦斯煤孔隙率以及渗透率均随着加载应力增大而呈现出先减小后增大的现象。并且数值模拟得出煤岩中的瓦斯压力随着应力增大,与煤岩的渗透率和孔隙率呈现实时的变化,在抗压强度前,含瓦斯煤岩瓦斯压力随着应力增大而增加,当应力的大小超过煤体能够承受的最大压力后,煤岩的瓦斯压力呈现随着应力增大而减小的趋势。(3)以现场实测工作面为背景,进行数值模拟分析。数值模拟表明:在不同推进距离下,含瓦斯煤孔隙瓦斯压力均呈现出随着应力增大先升高后降低的变化趋势。在距离工作面15-25m出现应力的峰值,在距离工作面30-40m时瓦斯压力出现峰值。并且在抗压强度前,含瓦斯煤应力与瓦斯压力呈现正相关性;当应力增加超过煤体抗压强度后,瓦斯压力随着应力增大而减小,二者之间呈现出负相关性。数值模拟结论与现场观测结果基本吻合。图[33]表[6]参[61]