煤是一种孔隙结构复杂且具有非均质性的材料,其内部大小不一、错综复杂的孔裂隙构成了复杂多样的微观结构体。在矿山开采过程中,煤层注水技术的高效应用还存在着较大的困难,微观孔裂隙结构的精细表征是高效进行工程实践的关键基础,同时,在矿山采动过程中由于地应力的改变对微观特性产生着重要的影响,因此,煤体微观孔裂隙结构研究对于指导矿山煤层注水具有重要意义。本文利用显微CT技术对气肥煤煤样进行扫描实验,借助于三维可视化方法处理图像、构建数字模型。在孔裂隙模型的基础上,建立孔隙网络模型定量统计分析煤体孔隙数目、喉道数目、孔隙半径、喉道半径、配位数等微观结构参数,并对模型进行注水渗流模拟,分析煤体在速度场、压力场的渗流规律;同时,建立煤基质模型在固体力学物理场中进行载荷加载数值模拟,分析煤体在应力状态下微观孔裂隙结构损伤演化规律。研究结果表明:(1)在微观结构定量统计中,模型每个切面的孔隙率范围在4.05%~10.23%之间,孔隙呈不规则点状分布,孔隙之间相互连通的喉道形态多样,在裂隙处孔隙和喉道半径均较大,孔隙半径的最大值为12.51 μm,孔隙表面积平均值为326.6μm2。(2)在数值模拟的过程中,利用煤体孔裂隙模型进行注水渗流模拟。沿水渗流方向,渗流压力整体逐渐减小,在裂隙位置处,上部分和下部分的压力分布层次分明,裂隙位置压力变化程度较小;渗流速度、质量流量在裂隙位置处变化较为明显。利用煤基质模型进行应力加载模拟,对模型进行单轴压缩,在5MPa的压力下,模型裂隙上部变化相对较为明显,并且裂隙内部产生应力集中现象。0~2MPa基本上无损伤产生;2~3MPa为局部损伤的产生、扩展和连通阶段,在此阶段损伤稳定发展;4~5MPa损伤急剧增长,直至破坏。对于非均质煤样来说,数值模拟在煤样损伤、破坏的形式、机理研究中具有一定的优势。本文采用CT三维重建模型研究了煤体基本物理特征,并在不同物理场中利用数值模拟分析煤体结构特征,对煤体的深入研究给矿山工程实践提供了理论基础。