煤是一种天然的非均质材料,由于沉积和成煤地质作用,煤体内部矿物夹杂和各类非连续结构发育,使其力学响应特征表现出各向异性和尺寸效应特征。研究各向异性和尺寸效应作用下煤的力学响应特征,有利于深入了解煤变形破坏机理,为巷道支护、冲击地压防治、地应力测量、实验室成果扩展到现场应用等提供理论支撑和技术积累。本研究从基本力学参数、P-波波速和单轴抗压强度关系、声发射和率响应特征方面研究了尺寸效应和各向异性对煤样力学响应特征的影响,主要结论如下:1.煤样内各微结构的方向性分布特征导致了煤样力学性质的规律性变化。单轴抗压强度、峰值应变-各向异性角度曲线呈U-型,单轴抗压强度、峰值应变最大值在各向异性角度为90°,最小值15°～45°之间。割线弹性模量-各向异性角度曲线呈波浪形,极大、小值分别在15°、45°时取得。泊松比-各向异性角度曲线呈抛物线型,其最大、小值分别在45°～60°之间和90°时获得。煤样内部各显微结构随试样体积增加,但其在不同试样内的离散性减少,这是导致煤样各力学参数的各向异性特征降低,相同组煤样力学参数离散性减少的原因。2.获得了煤强度广义尺寸效应公式（1）、尺寸效应公式（2）、以及广义尺寸-各向异性公式（3）,即σd=M+Nf（d）（1）σd=σM+（σ0-σM）e-kd（2）（?）（3）并验证了后两者的适用性。3.P-波波速-各向异性角度曲线呈U-型,P-波波速最大、最小值分别在0°、45°时获得;随试样尺寸增加,P-波波速各向异性增强的趋势减弱,但其速率降低,降低量在各向异性角度45°最大,在0°、90°时较小。P-波传播方向与煤样内显微结构延伸方向的规律性变化是其表现出各向异性和不同尺寸效应的主要原因。P-波波速与单轴抗压强度关系具有各向异性和尺寸效应特征。指数函数更能反映煤样P-波波速和单轴抗压强度的关系。采用直径38 mm、各向异性角度为45°煤样的P-波波速确定单轴抗压强度为宜。4.煤样内部原生裂隙体积、声发射监测时间随着试样尺寸增加而增加,导致累积声发射计数、绝对能量随着试样尺寸增加而增大。层理、割理与加载方向呈β或（90°-β）是导致累积声发射绝对能量、计数随各向异性角度规律性变化的原因。随着各向异性角度的增加,煤样累积声发射计数呈先减少后增加,再减少的趋势,并在各向异性角度为30°、45°时分别达到最小、最大值;累积声发射绝对能量—各向异性角度曲线呈U-型,其在各向异性角度为45°、90°时分别取得最小、最大值。随着尺寸增加,累积声发射绝对能量、计数的各向异性特征均减少。5.时间序列声发射分形维数随试样尺寸增加而减少,其减少量在各向异性角度为30°～60°时最为明显。随着各向异性角度增加,声发射分形维数呈先减少后增加、再减少的趋势,且在各向异性角度15°、45°时分别取最小、最大值。时间序列声发射分形维数与其释放能量呈负指数相关。6.提出了新的三维重构方法,验证了其在平衡试样内部差异对研究结果影响的作用。不同尺寸、加载速率条件下煤样单轴抗压强度-各向异性角度曲线仍呈现U-型。随着试样尺寸增加,加载速率对煤样单轴抗压强度及其各向异性特征的影响减弱,对单轴抗压强度影响较为明显的各向异性角度为30°、45°,且其影响自45°向0°和90°两方向减弱。研究了煤样加载速率比值和相应单轴抗压强度比值的关系,得到了各向异性-率响应公式,量化了尺寸效应和各向异性对煤样强度率响应特征的影响。