探索采动应力作用下,随应力变化煤体内部裂隙网络发育的空间分布特征及演化规律,为煤与煤层气的双能源开采、安全生产和煤体动态灾害预测提供理论支持,具有十分重要的意义。煤岩损伤破坏特征的研究已取得重要进展,但对煤中裂隙精细化表征,煤体在三轴压缩作用下裂隙的实时动态演化的可视化特征、定量分析以及演化规律和机理还有待进一步探索。本文使用配备了加载装置的高精度X射线工业CT扫描系统,对取自焦作赵固二矿和沁水盆地寺河矿3号煤层的无烟煤原煤煤样进行了单轴、不同围压下三轴压缩室内试验及加载过程的分阶段实时CT扫描。采用图像处理技术、三维重建技术、分形几何和数理统计方法,提取分析了煤体压裂过程中裂隙各表征参数的动态演化过程;同时,使用离散元颗粒流PFC^2D数值模拟软件建立真实煤体裂隙结构模型,模拟了受载作用下煤体颗粒运动、裂隙发育的全过程。结合岩石力学、细观损伤理论等,从受载裂隙形态特征、发育过程、起裂位置、优势裂隙扩展角度以及原生裂隙与围压的影响因素等方面探讨了受载过程煤岩裂隙演化规律和机理。主要研究成果如下:(1)利用图像处理和三维重构技术,实现了煤体内部裂隙空间形态和数字特征参数提取,对煤体裂隙进行精细表征。实现了三轴加载过程煤体裂隙损伤动态演化的提取和分析,确定了正确的操作流程和合理的加载及扫描参数,有助于后续开展煤样在受载条件下相关的μCT扫描试验。(2)确定了灰度值、灰度均方差、裂隙体积(面积)、CT裂隙率及裂隙分形维数为有效精细表征裂隙的物理性质和损伤演化程度的定量表征参数。使用MATLAB程序实现了平面裂隙条数、长度和角度的提取和统计;提出了基于灰度图的煤体分形维数计算法,较基于二值图像的分形计算能涵盖小于扫描分辨率的煤体灰度信息,并避免图像二值化阈值选择带来的误差。(3)针对赵固二矿和寺河矿煤样,展示和描述了单、三轴压缩试验中煤体力学性能、破坏模式和裂隙演化过程的规律及特征。得出了煤样三轴压缩破坏过程经历的四个阶段及各阶段应力水平;煤样的非均质性表征,受载煤体破坏过程中,在相同应力水平扫描阶段,煤岩的不同层面的裂隙率变化和裂隙扩展特性不同,表明了煤体在荷载作用下的损伤演化呈现局部化和非均匀特征;单轴试验中,在宏观表面表现为劈裂裂纹,而在煤体中心部位相互聚合成剪切带,判断裂纹先从边缘开始生成和发展,而后随着压力增大,内部裂纹集聚贯通,仅观察宏观表面裂纹不足以完全描述煤体破裂形态。(4)含裂隙煤体大大减低了受载情况下煤体抗压强度和峰值应变,研究了两煤样由于裂隙发育不同破坏时表现出不同的强度特征和脆、延性特征,并得出煤岩体在载荷作用下的最终宏观断裂破坏与其内部原生裂隙的分布、相互作用及扩展聚集密切相关;原始裂隙可影响煤体新生裂隙的形态,但煤体破坏主要由新生裂隙发育造成;原始裂隙含量是影响煤样强度和破坏模式的重要因素等结论,揭示了原生裂隙对受载煤体破坏的影响。(5)围压越大,抗压强度和峰值应变越大,而致密煤体弹性模量趋于固定值不受影响,原生裂隙发育的煤体的弹性模量一定范围内随围压增大而增大;同时得出围压对煤体破坏中裂隙的形态和空间分布特征也有影响,围压小,裂隙形状相对更简单、裂隙更宽,而一定围压范围下围压越大,裂隙细短而且数量众多、更曲折,揭示了围压对煤体抗压强度和裂隙空间发育形态的影响。绘制表示平面优势裂隙扩展角度的裂隙玫瑰花图,探讨了平面内原始裂隙与裂隙破裂过程裂隙走向变化,研究了不同围压下原始裂隙分布方向与破裂裂隙方向之间的关系。(6)利用离散元PFC^2D数值模拟软件实现了含裂隙煤样真实结构模型的建立,并进行三轴压缩模拟试验,结果与实际三轴压缩试验的应力-应变关系和破坏模式吻合较好。另通过对颗粒位移、颗粒速度矢量、试样裂纹演化过程以及裂纹数量等的监测,进一步观察试件在三轴压缩过程中裂隙动态扩展和受力变化的连续过程,研究了原生裂隙对新生裂隙萌生、发育的影响,明晰了含原生裂隙煤体与致密煤体裂隙不同的起裂位置,裂隙演化过程应力重分布的过程以及局部化、区域化特征。