随着煤矿开采深度和强度的增加,煤层瓦斯赋存特性更加复杂,以煤与瓦斯突出为主的瓦斯动力灾害越来越严重。基于综合作用假说的煤与瓦斯突出机理研究得到大部分学者的认可,但是不同的地质条件和开采方式导致煤与瓦斯突出差异较大,综合假说中的各个因素在不同类型的突出中所体现的作用也不一样。因此需要针对同一类型突出深入分析主控因素的作用。本文针对构造带煤与瓦斯突出的控制因素,深入分析气体在突出全过程的作用机制,为基于综合作用假说的煤与瓦斯突出分类和定量研究奠定基础。本文以构造带软煤和非构造带硬煤为研究对象,利用自制的煤与瓦斯突出试验系统进行甲烷和二氧化碳气体作用下的煤与瓦斯突出试验。系统分析气体驱动作用下煤与瓦斯突出规律,并对气体在突出各阶段的作用机制进行了深入研究,获得的主要结论如下:(1)基于综合作用假说分析了构造带煤与瓦斯突出的控制因素,认为构造带煤与瓦斯突出主要受气体驱动的影响。气体驱动的核心是构造带存在高压瓦斯富集区,为突出的发生和发展提供动力支持;构造带破碎的煤体是气体驱动的基础,煤体可以储存较多的气体且易于破坏;气体驱动的触发条件是采掘活动对低渗煤岩体造成的瞬间破坏,导致瓦斯富集区的气体快速泄压。(2)为系统分析气体驱动作用对煤与瓦斯突出的影响,自主研发了一套基于气体驱动的煤与瓦斯突出试验系统,该系统能在三维应力、不同气体组分、不同气体压力以及不同温度条件下,采用不同尺寸原煤或型煤进行煤与瓦斯突出试验以及煤与瓦斯延时突出试验,也可进行渗流以及常规力学试验等。试验过程中实时记录和分析应力、应变、温度、气体压力、气体含量及声发射信号等参数的变化。(3)深入对比分析了构造带软煤与非构造带硬煤的宏细观结构特征,发现两种煤样在物质组成、孔隙结构特征和强度特征等方面存在较大的差异,并根据测试结果发现,核磁共振测试技术为无损检测和显示煤样中孔隙结构特征提供了一种新的手段。(4)开展了甲烷和二氧化碳气体作用下软煤与硬煤的煤与瓦斯突出试验。分析了气体对煤体的破坏规律和对突出强度的影响规律,以及突出过程中声发射的演化特征。(5)定量分析突出孕育阶段甲烷和二氧化碳气体与两种煤样的相互作用机制。基于试验结果,建立了吸附量与突出强度的关系表达式,揭示了煤体吸附气体的动态变形特征。根据表面物理化学与弹性力学等原理建立了三维应力下煤样吸附气体变形模型。(6)基于气体对煤体裂纹扩展的力学判据和煤样解吸特征,研究气体破坏煤体的作用机制,并分析了二氧化碳气体对煤体的破坏更为明显的原因。结果发现,应力较小时气体压力是造成软煤和硬煤起裂的主要动力。采用室内试验、理论分析和现场资料统计等方法证实了煤与瓦斯突出过程中,小粒径颗粒质量占比较小,气体对煤体的微粉化作用有限。(7)通过总结气体在突出各阶段的作用机制,揭示了气体驱动作用下构造带煤与瓦斯突出孕育演化特征。结合构造带煤与瓦斯突出案例,验证气体在突出过程中的作用。