煤与瓦斯突出是一种极其复杂的矿井动力灾害,突出发生时,大量破碎煤粉和瓦斯快速向采掘空间抛出,抛出的煤粉和突出冲击波会对人员、设施等造成伤害。突出发生后,井巷内聚集的大量高浓度瓦斯还可能导致瓦斯爆炸等二次灾害。由于突出机理的复杂性,人们目前还无法对其进行完全预防和控制。本文在现有研究成果的基础之上,重点研究了突出煤粉-瓦斯固气两相流动力学演化规律,阐明了突出动力现象在短时间内的破坏效应,以期进一步完善煤与瓦斯突出灾变演化规律,为突出矿井的防灾、抗灾和救灾提供基础理论依据。本文理论分析了煤与瓦斯突出冲击波的形成过程和传播规律以及突出煤粉-瓦斯固气两相流的运移规律;设计构建了突出煤粉-瓦斯固气两相流物理模拟试验系统,并试验研究了不同条件下突出煤粉-瓦斯两相流的传播演化规律;通过EDEMFLUENT耦合实现了突出煤粉-瓦斯两相流数值模拟。在本文的研究中,理论分析、试验研究和数值模拟结果互为验证,主要研究成果如下:（1）建立了煤与瓦斯突出冲击波理论模型,依据激波管理论推导了突出冲击波强度表达式,可以直接用于计算分析冲击波强度、冲击波发展速度、冲击气流速度等动力学参数。理论研究表明,突出冲击波波阵面相对于波前气体的运动速度是超音速的,并且冲击波强度越大,其传播速度越大;根据初始瓦斯压力和突出冲击波强度,可以计算出煤粉-瓦斯固气两相流等效音速;井下巷道系统的布置形式对突出冲击波致灾结果的影响很大。（2）通过分析突出煤粉-瓦斯固气两相流在不同流动阶段的流型,表明固相在整个突出过程既存在极稠密状态也存在极稀疏状态,分层流是突出煤粉-瓦斯两相流的主要形式。对突出煤粉在不同阶段的受力情况进行分析后得出,不同粒径煤粉的受力状态是不同的。当煤粉粒径较小（如0.1mm）时,曳力对煤粉运动的影响为主;而当粒径较大（如10mm）时,重力也是一项重要的作用力。由于固相颗粒中的压力形成原理和气相有明显的区别,固相无法完全进行流态化分析,突出煤粉-瓦斯两相流运移除了遵守气体三大守恒定律,还遵守组分守恒定律。（3）基于相似理论,设计构建了突出煤粉-瓦斯固气两相流模拟试验系统。研究提出突出煤粉-瓦斯两相流的运动可分为两个进程,进程一为突出煤粉-瓦斯自突出腔体内突然抛出的过程,进程二为突出两相流在巷道内的高速运移过程。在进程一中,高压瓦斯的弹性能为动力源,选用马赫准则;在进程二中,气体的粘性力为主要影响因素,选用雷诺准则。针对传统的纹影仪无法观测圆形试验管道内流场的问题,对纹影仪光路系统进行了改进,实现了对圆形模拟巷道内突出冲击波传播过程的观测。利用所研制的试验系统,可以进行高瓦斯压力、高密相煤粉的突出两相流动力学演化规律试验研究。（4）制备试验煤粉并对其进行了基础参数测定和分析。工业分析表明随着煤粉粒径的减小,灰分逐渐增大,这表明煤粉在粉碎过程中有某些特定成分更容易成为细小的颗粒,这些成分中无机物占比更大。电镜扫描结果表明煤粉颗粒表面存在着大量更微小的碎颗粒和凹陷区域,他们天然地作为小支撑结构阻止颗粒的进一步接触。吸附常数测定表明随着煤粉粒度的增大,Langmuir体积常数变化不大,说明在本文试验尺度下粒径的大小变化对瓦斯吸附能力影响不显著。但是Langmuir压力常数在粒径增大的情况下有较为显著的增长,表明大粒径下甲烷分子从表面移动到颗粒内部的路径增长,阻力增大。（5）利用自主研制的试验系统,进行突出煤粉-瓦斯两相流模拟试验。试验结果表明,突出冲击波波阵面首先存在加速阶段,冲击波超压最大时波阵面达到最大速度,然后衰减,衰减趋势先慢后快。煤粉的运动规律与波阵面类似,也存在加速阶段。突出冲击波的传播速度远大于煤粉的运移速度,但煤粉冲击压力远大于冲击波压力。（6）改变试验条件,进行了不同初始瓦斯压力、不同煤粉粒径、不同突出口径和不同煤粉装载比条件下的物理模拟试验。试验结果表明,初始瓦斯压力越大,突出冲击波波阵面和煤粉的速度、压力以及形成的冲击力越大,并且增加比例与瓦斯压力增加的比例基本一致。煤粉粒径越小,突出冲击波波阵面和煤粉的各项动力参数越也大。突出口径越大则冲击波压力越大,但是突出煤粉总量却在60mm突出口径时最大。试验中突出腔体内煤粉装载比为0.5时,突出动力现象比煤粉满载时有明显增强。（7）现场突出煤粉在巷道内沉积的分选性在实验室模拟中很难出现,甚至可能出现规律相反的现象,本文对此进行了理论建模分析。在突出现场,突出煤粉和突出瓦斯量极大,持续时间长,煤粉会经历加速、匀速、减速三个过程。在实验室突出模拟中,煤粉可能只有加速和减速两个过程。通过设置合理参数代入理论公式,很好地解释了实验室模拟与现场实际关于煤粉分选性的矛盾。（8）构建了EDEM-FLUENT耦合模型,实现了突出煤粉-瓦斯两相流的数值模拟。模拟结果表明,煤粉在短时间内（几十毫秒）得到快速加速并趋近于最高速度,速度可以达到60m/s。煤粉速度与粒径呈现很好的反比例关系。与理论计算相比,数值模拟中颗粒初期加速度较慢,随后其加速度增长较快,但两者总体运动趋势一致。突出腔体内的煤粉堆积角约为21°,远小于煤粉自然堆积角,符合煤与瓦斯突出一般现象。在数值模拟条件下,突出煤粉的分布无分选性,与物理模拟试验结果一致。数值模拟的突出冲击波超压与物理模拟试验结果相差不大,误差在10%以内,且巷道内的压力变化是在瞬间完成的。在空间关系上,距离突出口最近的位置压力并非最大,压力最大位置出现在距离突出口一定位置处。