~特殊的地质赋存条件造成了煤体内部结构复杂的物理变化，促进了煤体内部孔隙与裂隙等微结构缺陷的发育与扩展，同时对煤体自身的物理力学特性及其破坏类型产生直接的重要影响。目前，含孔裂隙煤体内部微结构形态、分布特征与扩展演化规律及其对煤体宏观破坏认知不够深入，导致此类煤体受细观结构变化的宏观破坏机理不清。本文采用宏细观物理力学实验、数字图像处理技术、数理统计相结合的方法从细观的角度对煤体孔裂隙结构进行了定量表征、可视化重构与统计分析，定义了导致煤体失稳破坏的大尺寸裂纹为煤体的关键裂纹，确定了关键裂纹的空间位置、几何尺寸、破坏模式及其扩展路径，为煤体细观结构变化导致的宏观力学破坏机制提供理论依据与技术支持。本文取得主要结果与研究结论如下：
（1）通过电镜扫描实验，分析了煤体细观结构与显微组分。结果表明：煤体显微组分为镜质组与惰质组，主要包括碎屑镜质体与植物胞腔孔的丝质体；煤体内部富含形态多样的变质孔，孔隙基本不连通，渗透性能弱；煤体细观形貌粗糙且存有大量缺陷。
（2）通过单轴压缩实验，分析了煤体力学强度特性与尺寸效应。结果表明：煤体单轴抗压强度范围10.79-32.71MPa，平均18.62MPa，属中硬煤体，弹性模量范围0.12-2.43GPa，平均1.37GPa，煤体标准件的归一化比例与单轴抗压强度呈负相关，与弹性模量呈正相关，即标准件尺寸越小，单轴抗压强度越大、弹性模量越小，说明煤体具有尺寸效应。
（3）对比了单轴压缩前后煤体细观结构特征与力学强度的相关性。结果表明：压缩前煤体原生孔裂隙结构与力学强度呈负相关，即细观微结构复杂程度越大，力学强度越低，压缩后煤体次生孔裂隙结构与力学强度呈正相关，即煤体力学强度越大，经受单轴加载的扰动时间越大，导致细观微结构的发育、扩展及其复杂程度越大。
（4）确定了煤体二维关键裂纹的定义、研究倍数、界定方式以及特征参数，并进行了验证，构建了考虑孔隙压密阶段的煤体孔隙率与单轴压缩应变量的数学模型。结果表明：压缩前后煤体放大500倍的电镜扫描图像平均孔隙率变化量为80%，确定这一放大倍数为煤体关键裂纹产生的研究倍数，并提取了二维关键裂纹周长范围165.84-806.46μm，面积范围224.14-535.63μm2，煤体二维关键裂纹平均面积与单轴抗压强度为拟合优度0.65的负指数相关关系，即裂纹面积越大，单轴抗压强度越低。
（5）通过CT扫描实验，构建了煤体加载至50%峰值力时的三维重构体模型，分析了煤体内部的孔隙与裂隙空间分布特征，确定了煤体关键裂纹的空间位置及其特征参数。结果表明：煤体加载至50%峰值力对应的孔隙率为4.43%，此时煤体关键裂纹三维表面积为500.51μm2，体积为5705.79μm3。
（6）通过声发射监测实验，确定了煤体加载至50%峰值力产生的关键裂纹模式，以及关键裂纹受单轴压缩发育贯通其他细观裂纹或宏观破坏的扩展路径演化规律。结果表明：煤体的宏观破坏是从关键裂纹的发育与扩展开始，并形成高能的声发射事件；煤体破坏方向为关键裂纹与宏观破坏位置的连线方向，并且宏观裂纹与关键裂纹距离最近。
论文共有图46幅，表11个，参考文献85篇。

~The occurrence conditions and human disturbance cause the complex physical changes of coal structure, promote the development of micro-structures such as pores and cracks in coal, and directly affect the physical and mechanical properties and failure types. At present, the internal microstructure morphology, distribution characteristics and expansion evolution law of pore-fractured coal body and its understanding of the macroscopic damage of coal body are not deep enough, which leads to the unclear macroscopic damage mechanism of this kind of coal body affected by the change of mesostructure. In this paper, the quantitative characterization, visual reconstruction and statistical analysis of coal pore and fissure structure are carried out from a mesoscopic point of view by using a combination of macroscopic and mesoscopic physical and mechanical experiments, digital image processing technology, and mathematical statistics. The large-scale cracks that lead to the instability and failure of the coal body are defined as the key cracks of the coal body. The spatial location, geometric size, failure mode and propagation path of key cracks are determined, which provides theoretical basis and technical support for the macro-mechanical failure mechanism caused by the change of the mesostructure of coal body. The main results and conclusions of this paper are as follows:
(1) Through the scanning electron microscope experiment, the microstructure and microscopic composition of coal were analyzed. The results show that the coal macerals are vitrinite and inertinite, mainly including clastic vitrinite and filamentous body of plant cell pores. The interior of the coal is rich in metamorphic pores with various shapes, the pores are basically disconnected, and the permeability is weak. The mesomorphology of the coal body is rough and has a large number of defects.
(2) Through uniaxial compression experiments, the mechanical strength characteristics and size effects of coal were analyzed. The results show that the uniaxial compressive strength of coal body is in the range of 10.79MPa to 32.71MPa, with an average of 18.62MPa, which belongs to medium hard coal body. The elastic modulus range is 0.12GPa to 2.43GPa, the average is 1.37GPa, the normalized proportion of the standard coal body is negatively correlated with the uniaxial compressive strength, and positively correlated with the elastic modulus, that is, the smaller the size of the standard piece, the greater the uniaxial compressive strength and the smaller the elastic modulus. It shows that coal has size effect.
(3) The correlation between the mesostructure characteristics and mechanical strength of coal before and after uniaxial compression was compared. The results show that the original pore and fracture structure of coal before compression is negatively correlated with the mechanical strength, that is, the greater the complexity of micro-structure is, the lower the mechanical strength. The secondary pore and fracture structure of coal after compression is positively correlated with mechanical strength, that is, the greater the mechanical strength of coal, the greater the disturbance time under uniaxial loading, resulting in the development, expansion and complexity of micro-structure.
(4) The definition, research multiple, definition method and characteristic parameters of two-dimensional key cracks in coal were determined and verified, and the mathematical model of coal porosity and uniaxial compression strain considering the pore compaction stage was constructed. The results show that the average porosity change of the 500 times magnified electron microscope image of the coal body before and after compression is 80%. The perimeter of the two-dimensional key crack is 165.84-806.46μm, and the area is 224.14-535.63μm2. The average area of the two-dimensional key crack in the coal body and the uniaxial compressive strength are negative exponential correlations with a goodness of fit of 0.65. That is, the larger the crack area, the lower the uniaxial compressive strength.
(5) Through CT scanning experiments, a three-dimensional reconstructed body model was constructed when the coal was loaded to 50% of the peak force, the spatial distribution characteristics of pores and fractures in the coal body were analyzed, and the spatial location and characteristic parameters of key cracks in coal body are determined. The results show that the porosity corresponding to 50% of the peak force of the coal body is 4.43%. At this time, the three-dimensional surface area of the key crack of the coal body is 500.51μm2 and the volume is 5705.79μm3.
(6) Through the acoustic emission monitoring experiment, the key crack mode generated when the coal is loaded to 50% of the peak force, and the growth path evolution law of the key crack developed through uniaxial compression through other mesoscopic cracks or macroscopic damage were determined. The results show that the macroscopic damage of coal starts from the development and expansion of key cracks, and forms high-energy acoustic emission events. The failure direction of the coal body is the direction of the connection line between the critical crack and the macroscopic failure position, and the distance between the macroscopic crack and the critical crack is the closest.
The paper has 46 figures, 11 tables, and 85 references.

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