煤与瓦斯突出是地下煤矿开采过程中最具破坏性的动力灾害之一，表现为煤层潜能的突然失稳释放与煤岩系统的快速破裂。现有研究虽已广泛探讨突出机制，但对突出灾害从局部失稳向系统性演化的内在机理认识仍显不足。基于煤岩破裂与能量转化的耦合演化规律，提出基于能量反馈驱动的“煤体破裂-能量释放-级联触发-能量放大”正反馈机制，揭示了突出级联破裂的动力学特征。基于真三轴突出模拟系统开展物理相似模拟试验，运用高灵敏度次声探测技术捕捉突出演化的动态特征。通过构建幅值积分序列解析方法，发现突出过程呈现明显的双相演化特征：初始高幅值脉冲期（180～350 Pa，持续期< 0.2 s）和后续低幅值持续期（< 100 Pa，持续期0.2～1.8 s）。次声解析序列呈现的阶梯式增长为煤体级联破裂提供了直接观测证据。在此基础上，构建级联破裂演化定量模型，提出重叠触发、邻近触发及累积面积阈值等关键级联准则。通过工程实例验证，该模型可有效预测突出传播路径和发展规模，揭示了突出演化的三个关键阶段：初始积累期（增长率< 0.2 m/次）、快速级联期（增长率1.0～1.6 m/次，较初始期提高5～8倍）和衰减终止期（增长率趋于0 m/次）。研究结果表明，破裂路径在多尺度观测下呈现显著的分形特征，证实了局部与整体破裂模式的自相似性。突出发展表现出指数型增长规律，其最终规模主要由级联阶段的持续时间决定，能量赋存条件在这一过程中起着决定性作用。

1 突出级联破裂机制的理论框架
1.1 级联破裂的能量反馈特征
1.2 级联破裂时空演化的基本特征
1.3 突出级联发展的停止机制
2 级联破裂机制的实验室验证
2.1 突出模拟试验系统设计
2.1.1 试验装置的关键参数
2.1.2 相似准则分析
2.1.3 试验材料
2.1.4 试验方案设计
2.2 次声数据分析方法
2.3 突出-次声响应特征
2.4 突出级联发展的实验证据
2.4.1 突出级联发展的时空演化特征
2.4.2 突出-次声响应的自相似性
3 基于级联破裂理论的突出事故分析
3.1 典型突出事故的级联破裂特征识别
3.2 突出事故的定量化重构方法
3.2.1 能量反馈机制的定量化
3.2.2 能量释放区的二维分布表征
3.2.3 能量释放区域的级联触发机制
3.3 基于突出案例的级联模型构建与验证
3.3.1 模型构建及参数设定
3.3.2 级联模拟结果分析
4 突出级联发展的时空演化规律及其动力学机制
4.1 突出级联发展的自相似性指数增长模式
4.2 突出级联发展的动力学特征
5 结 论

雷杨,程远平.煤与瓦斯突出的级联破裂发展机制[J/OL].煤炭学报,1-21[2025-02-21].https://doi.org/10.13225/j.cnki.jccs.2024.1555.