煤是一种天然的非均质材料,内部含有大量不同尺度的裂隙和矿物夹杂。这些结构的尺寸、分布等特征对煤岩体的宏观力学响应有重要的影响。本文为了进一步明确煤岩体内部微结构分布特征,建立其精细的描述方法,探求煤岩体内部微结构对宏观力学响应的影响机制,以埋深900m巷道工作面的煤岩体为研究对象,利用室内试验、理论分析和数值模拟相结合的方法进行了研究,取得了如下几个方面成果:（1）基于CT扫描技术建立一种煤岩体裂隙网络精细化描述方法（1）实现了煤岩体内部微裂隙的定量化表征。通过CT扫描,图像处理,获得了煤岩体内部裂隙结构,通过计算得到了裂隙的数量、体积、密度、等效直径和分形盒维数,并对裂隙的几何参数进行了统计。结果显示不同试件裂隙体积分数和分形维数的变化趋势是一致的;分形维数与线密度P31没有明确关系,而分形维数与面密度P32,体密度P33为单调递增关系;随着裂隙等效直径增加,裂隙数量呈下降趋势,裂隙的体积分数整体呈现出先增加后下降的趋势。从统计结果看出,裂隙的长度和宽度符合负指数分布;质心的三个方向的坐标中X和Y方向遵循正态分布,Z方向服从均匀分布;倾角服从正态分布,倾向近似服从均匀分布。（2）实现了裂隙网络三维重构和组构张量计算。通过平面裂隙坐标提取,三维裂隙坐标计算,空间裂隙面拟合,空间裂隙面面积计算,重构裂隙网络可视化,裂隙产状分析,裂隙组构张量计算;结果得到了可视化的三维裂隙网络模型和表征裂隙分布的组构张量分量及主值。（2）通过不同尺度煤岩体微结构分析,研究了微结构对宏观力学响应的影响机制。（1）不同围压作用下加载前后三种尺度裂隙的数量和体积都发生变化。结果显示:等效直径deq＜1000μm的裂隙,在低围压下数量增加,即有新的微裂纹产生,而高围压下裂隙数量是减少的,说明有大量微裂隙扩展贯通;而所有围压下等效直径deq＜1000μm的裂隙体积都下降;对于等效直径1000μm≤deq＜10000μm的裂隙,体积和数量在加载后都下降,说明这些裂隙都发生了扩展贯通,形成了更大的裂隙;对于等效直径deq≥10000μm的裂隙分析可知,加载后在数量几乎不变的情况下,体积出现明显增加。（2）平面和三维空间内初始裂隙对破坏主裂隙有明显影响。利用平面裂隙组构张量对比了加载前裂隙和破坏时主裂隙面分布,得到结论为:不同围压下平面内原始裂隙的二阶和四阶组构张量分布方向与破坏主裂隙计算得到的方向基本一致的;破坏主裂隙会沿着原始裂隙形成的最强方向发展;围压为0MPa、2.5MPa和5MPa情况下,原始最大主裂隙面及破坏时新产生的主裂隙面的倾角非常接近;而围压为10MPa情况下二者的倾角有较大差距,新产生主要裂隙面的倾角也最小。产生以上现象的力学机制是原始主要的裂隙面形成了煤岩内部一个薄弱的方向,新产生的裂隙会沿着这个薄弱方向发展,进而形成一个贯通的剪切面。（3）通过建立含不同尺度矿物结构模型,得到了多尺度矿物结构对宏观力学响应的影响:在单轴条件下,矿物的存在增加了煤的峰值强度、弹性模量和残余强度,且矿物粒径越大,分布越复杂,强度和弹性模量增加越多;煤中的矿物结构导致内部应力分布不均匀,矿物处存在明显的应力集中现象,且矿物位置的应力集中面积与矿物结构的大小有关;破坏首先发生在煤基质与矿物的界面处。随着矿物结构尺寸的增大,对煤的破坏形态的影响更加明显。（3）基于微平面模型的改进和二次开发以及应用（1）基于ABAQUS平台的VUMAT子程序对微平面模型进行二次开发,获得可被调用的子程序,并基于单裂隙试件的试验验证了微平面模型,结果显示模拟和试验得到的峰值强度、弹性模量以及破坏特征是基本一致的,说明模型是合理的,二次开发是正确。（2）通过在微平面上串联各向同性的体积弹性元件,将当前微平面模型中材料的泊松比范围从（0,0.25）扩展到[0.25,0.5],以使其适用煤岩材料。（3）通过构建含有裂隙、矿物和煤基质三种结构模型,通过三个方向加载,得到了不同加载方向对强度的影响。结果表明:当加载方向与裂隙和层理都呈一定角度时强度最小,加载方向与层理垂直时强度值最大,而加载方向平行于层理时强度值介于二者之间。（4）通过建立含有不同倾角层理的模型,得到了各个倾角下的破坏模式。模拟结果显示:煤岩模型的破裂角与层理倾角有关,当层理倾角为0°时,破坏区域位于模型一端,整体近似水平分布,有一个向上延伸的小分叉;当层理倾角为30°时,破裂角与水平面夹角接近30°,也有一个向上延伸的分叉,但分叉的延伸的位置相比0°的下移;当层理倾角为45°和60°时,破裂角与水平面的夹角约为45°～60°;当层理倾角为90°时,破坏带上下延伸最多,倾角最大。