由于目前我国的煤炭开采仍是以井工开采的形式,且开采深度不断加大,深部采区的地质构造、高地应力、高瓦斯及低渗透性等因素,导致煤岩动力灾害成为主要矿井灾害之一。煤岩动力灾害具有突发性、危害性和复杂性,可靠监测预警成为有效防治的手段。然而包括声发射、直流电阻率及电磁辐射等传统和现代监测预警技术虽然已在煤岩动力灾害矿井被广泛应用,但各具优劣势。区域与局部相结合、多种信息相结合、环境与人为因素干扰少、自动化集成高且连续性综合监测技术将有可能成为监测与预警的发展方向。煤岩是一种非均质多相材料,在受载破裂过程中产生的声、电及光等物理现象的机理,目前国内外研究者没有统一的全面解释,但无论是从宏观,还是从微观机理上来说,煤岩受载破裂过程离不开裂纹的扩展。基于此,本文主要从煤的非均质结构特征,受载煤体声电效应规律,受载煤体表面裂纹扩展规律、受载煤体表面裂纹扩展及声电效应机理,声电物理效应的现场应用五个部分来进行研究。首先对煤的非均质结构特征进行了基础研究,得到了组分及结构上的非均质特征;通过建立“煤岩受载破坏声-电-裂隙观测高速采集实验系统”,同步监测了煤体在单轴压缩破坏和短时蠕变条件下,声发射信号、电磁辐射信号、电性参数及表面裂纹扩展的变化规律,分析了其分布特征及与力学破坏过程的相关性;为了进一步研究实验过程中的表面裂纹扩展速度,通过对实验煤样单轴压缩破坏过程中声波波速的测定实验,分析了纵、横波波速随应力加载的分布特征,得到了应力与纵波波速的规律;提出了基于CPTM(一种煤颗粒跟踪法)裂纹图像处理识别和计算的方法,开发了 Matlab裂纹识别计算程序,对单轴压缩下受载煤表面裂纹扩展图像进行了分析与计算,得到了基于像素的表面裂纹扩展速度与扩展量的变化特征及规律;基于实验研究,结合焦散线实验对动态应力强度因子测定的可行性,从理论上构建了 Ⅰ型动态应力强度因子的单轴压缩表面裂纹扩展速度及电磁辐射模型,并结合实验数据,通过表面裂纹扩展速度模型计算出了动态应力强度影响因子,研究发现Kld与裂纹扩展速度的变化趋势比较相似,从而验证了模型计算的有效性。在现场应用方面,对工作面煤岩动力过程开展了电磁辐射和微震监测,利用双差速度场成像模型分析得出了工作面及地质异常区速度场分布规律,以电磁辐射监测数据与压力传感器监测数据相对比的方式,得到了工作面回采过程中电磁辐射与周期来压工作面液压支架阻力之间的变化规律,及进、回风顺槽电磁辐射信号强度变化规律。本文所作的研究工作为我国煤岩动力灾害多参数综合监测提供了一定的实验及技术基础,具有重要意义。论文的主要内容及创新性成果如下:(1)从煤的工业分析、显微组分、全岩及粘土矿物组分及煤的孔隙结构方面进行了非均质结构研究,并获得了组份及微观孔隙结构的非均质特征。(2)得到了在单轴压缩破坏和短时蠕变各阶段声发射信号、电磁辐射信号、电性参数及表面裂纹扩展的分布特征及规律,对于单轴压缩煤的脆-延性破坏,累计振铃计数与时间建立了 Boltzmann函数关系,而延性破坏建立了指数函数关系,拟合并得到了 Weibull参数;对于单轴压缩破坏煤声波特性,建立了应力峰值前的加载应力与纵波波速之间的幂函数关系,并得到了相关实验参数;基于小波变换与FFt变换的matlab程序,获得了短时蠕变过程中电磁辐射频谱分布规律,在分级加载蠕变变形初期和中期频率范围为0-200KHz,在分级加载蠕变加速后期,频率范围扩大到0-400KHz,频率的振幅在主破裂产生前出现了先增大-减小-再增大的趋势。(3)基于CPTM裂纹图像处理方法和Matlab图像裂纹计算识别程序,对单轴压缩下受载煤裂纹扩展图像进行了分析与计算,研究得出单轴压缩下煤的裂纹扩展以张拉性裂纹破坏为主,有部分剪切性裂纹破坏;裂纹扩展量与基于像素的实测值进行了对比,裂纹扩展速度与相关研究进行了对比,获得了有效性验证。在此实验基础上,总结分析裂纹扩展及电磁辐射产生机理与机制,结合焦散线实验对动态应力强度因子测定的可行性,从理论上构建了基于Ⅰ型动态应力强度因子的单轴压缩裂纹扩展速度及电磁辐射模型,并结合实验数据,通过表面裂纹扩展速度模型计算出了动态应力强度影响因子,研究发现Kld与裂纹扩展速度的变化趋势比较相似,从而验证了模型计算的有效性。(4)通过现场的EME-HF矿用本安型电磁辐射监测系统、ESG微震监测系统,对余吾N1202孤岛工作面进行了 156天的有效监测,获得了 N1202工作面微震事件、能量等分布规律,工作面微震时空演化规律,利用工作面及地质异常区的双差速度场成像测试模型,得到了采煤生产过程中及地质异常区的速度场分布规律;以电磁辐射监测与压力传感器监测数据相对比,获得了工作面推进过程中电磁辐射与周期来压工作面液压支架阻力之间的变化规律,结合进、回风顺槽电磁辐射信号强度变化规律,经过判别分析,电磁辐射监测信号可以实现顶板来压的提前预警。