提高破碎能效是煤炭洁净技术的重要研究课题。本文从全新的角度——基于分形理论的细观力学层面来研究煤破碎过程演化规律。以阳泉、神木、红沙泉、五彩湾四种典型煤为研究对象,利用分形理论分析方法、图像处理技术并配合先进的单轴压缩力学手段,对煤颗粒力学特性与结构演化关系进行探究,为煤颗粒力学三维模型重构提供理论与实验支持。研究内容为以下几点:(1)明确了分形理论应用范围与方法。本文通过数字式显微镜获取煤表面细观结构图像,利用Image J图像处理软件对图像进行处理,有效提取煤表面结构信息。用MATLAB编程计算煤表面细观分形维数。建立一套利用图像处理技术和分形理论来定量表征煤细观结构方法。(2)煤颗粒的基本物性和微细观孔隙结构均与煤的力学特性有关,本文采用不同的方法分别对煤的这些特性进行测定和表征。对四种典型煤进行可磨性测定,发现阳泉、神木、红沙泉、五彩湾煤的HGI依次增大;利用压汞法和氮气吸附两种实验方法对煤进行了孔型、孔隙率、孔径分布、比表面积等测定,计算煤内部孔隙分形维数。利用分形维数表征体式显微镜获取煤表面细观结构。以上结果将为构建煤的力学三维模型提供实验参数。(3)在搭建的单轴载荷力学实验台架上开展煤样力学实验。研究发现煤单轴载荷下一般经历压密、线弹性、屈服、塑性4个过程,沿竖向主裂隙的劈裂破坏是煤样损坏主要形式。力学参数表现出各向异性。弹性模量整体与应力强度呈正相关关系。(4)利用分形维数动态表征加载过程中煤细观结构演化。研究发现,分形维数随应力增加呈现先缓慢增大后急剧增大的非线性关系。煤块单轴载荷下表面分形维数与应力关系为:D=A*e^(f(σ))+B,其中A,B为常数,f(σ)为一次函数。