煤炭学报

作者：杜锋, 王凯, 孙加智, 丰程涛, 鞠杨, 徐超, 王亮, 王超杰,

关键词：煤与瓦斯突出, 地应力, 含瓦斯煤岩组合系统, 离散元模型, 能量机制,

深部煤层开采中，以含瓦斯煤岩组合结构为载体，在低瓦斯压力、高地应力环境下频发的应力主导型煤与瓦斯突出，其机理显著区别于典型突出，给煤矿安全高效生产带来了严峻挑战，先前针对此类瓦斯灾害的研究还极为少见。为揭示此类灾害的宏细观破坏特征及能量机制，综合采用真三轴物理模拟试验与三维离散元数值模拟方法，系统研究了含瓦斯煤层−顶板组合系统在不同地应力条件下的失稳致灾过程。研究结果表明：垂直应力增大、水平应力减小及埋深增加是促使突出类型由典型突出向应力主导型转化的关键因素，其本质源于垂直−水平应力差和地应力水平的增大。应力主导型突出在宏观上表现为“口大腔小、上大下小”的孔洞形态及更复杂的层裂破坏；细观上则呈现更大范围的微裂纹区、以张拉为主的张拉−剪切混合破坏模式及强烈的声发射响应。能量分析表明，应力主导型突出中煤岩弹性能的贡献显著提升，高应力下其量级可与瓦斯膨胀能相当，两者共同构成了灾害的主要能量源。基于能量守恒原理，通过引入突出类型判别系数构建了应力主导型突出能量判据，该判据经淮南丁集矿“4·19”突出事故案例验证可靠。阐明了应力主导型煤与瓦斯突出的孕育机制，为深部煤矿此类灾害的精准识别与有效防控提供了重要的理论依据。

来源：2026年第2期

《煤炭学报》期刊编辑部

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