图7显示$1煤样内部存在众多的原生裂隙（第1 隙密度表征裂隙的发育程度（见表3），其中裂隙密 次扫描)，总体积为l0.05mm3:煤样进入弹性变形 度是描述多孔介质中裂隙发育的重要参数。由于煤 阶段后，原生裂隙完全闭合，之后煤样在塑性阶段 含有大量随机分布的天然裂隙和缺陷，在外部荷载 产生新裂隙，并在峰后阶段不断发育扩展（第4-6次 作用下，煤中裂隙的萌生、发育和扩展效应非常复 扫描)，裂隙总体积上升到247.15m3。S2煤样的原 杂。本文用裂隙表面积与煤样体积之比定义裂隙密 生裂隙较少，裂隙总体积为8.92m3,在轴向应力的 度例，对裂隙动态演化进行三维定量表征，其表达式 压实作用下，裂隙体积下降到0.84m3(第1-2次扫 如下： 描)：随着外部载荷的增加，新的裂隙不断产生， p=S/V. (1) 扩展形成了贯通煤样的宏观主裂隙，导致了煤样的 式中：p为裂隙密度，S为裂隙表面积，V为煤样 失稳破坏，裂隙总体积增加至91.97mi(第3-4次扫 体积。 描)：煤样进一步卸压后，裂隙扩展使得所形成的 根据表3绘制了裂隙体积和裂隙密度随应力的变 裂隙网络明显增大，裂隙体积急剧增加至537.98 化曲线（图8）。由图8可知)全应力应变过程中煤 mm3(第6次扫描)。S3煤样在下部有极少的原生裂 样的裂隙体积与裂隙密度的变化规律有良好的一致 隙，其体积为0.32m,弹性阶段裂隙体积减少到了 性， 由此将裂隙发育述程分为3个发展阶段：裂隙压 0.10m3第1-2次扫描)：当轴向应力达到弹性极 密闭合阶段I、新裂隙萌生扩展阶段Ⅱ和主裂隙加 限时，煤样内部形成了一条近乎贯通煤样的片状大 速扩展与贯通阶段、卸压破坏后煤样内部裂隙扩 裂隙（第3次扫描），导致裂隙总体积增加到158.90 展充分，致使裂隙体积和裂隙密度均大幅增加。由 mm3:煤样破坏后，内部的两条片状大裂隙相互连接 表3可与S1煤样相比，S2和S3煤样在破坏后的裂 组成了新裂隙网络，裂隙总体积增加到272.98 隙体积和裂隙密度均有不同程度的增加，裂隙体积 mm㎡3：煤样处于峰后阶段时裂隙网络进一步扩展，裂 的增幅分别为117.67%和350.94%，裂隙密度的增幅 隙总体积上升到1114.52mm3(第5-6次扫描)。 分别为168.15%和347.79%。随着瓦斯压力的增加， 受载煤样各扫描阶段的裂隙体积、表面积和裂， 煤样裂隙发育更充分，破坏更彻底。 表3受载煤祥裂隙的动态演化 Table 3 The dynamic evolution of fracture of loaded coal samples S2 S3 scan Fracture Fracture Fracture Fracture Fracture stage Fracture Fracture Fracture Fracture surface surface surface volume/mm3 area/mm2 density/mm volume/mm3 area/mm2 density/mm volume/mm3 area/mm2 density/mm 10.05 611.77 0.0249 8.92 593.51 0.0242 0.32 24.70 0.0010 0 0 0 0.84 40.93 0.0017 0.10 4.17 0.0002 0 0 18.92 1047.6 0.0427 158.90 7719.77 0.3145 4 33.73 1638.87 0.0668 997 4545.59 0.1852 27298 11058.98 0.4506 98.04 438083 0.1785 284.17 11608.3 0.4729 350.08 12290.41 0.5008 6 247.15 8484.38 0345 53798 22752. 0.9270 1114.52 37969.49 1.5470 Fracture density (b) 1.0 30 -Fracture densit 45 a (e) 一Fracture volum 1600 .Fracture volume 1.6 0 Axial stress -Axial stress Axial stres 500 25 120 -35 0.8 30 400 25 08 0.4 15 0.4 50 0.2 1002 0.0 0 0 0 Axial strain/% Axial strain/% 图8受载煤样裂隙体积和裂隙密度的变化曲线.(a)S1煤样；(b)S2煤样；(c)S3煤样 Fig.8 The variation curves of fracture volume and fracture density of loaded coal samples:(a)SI coal sample;(b)S2 coal sample; (c)S3 coal sample 4灰度共生矩阵(GLCM)统计分析 (GLCM)方法来分析显微工业CT扫描图像，进一 步挖掘细观裂隙结构发展细节。灰度共生矩阵 4.1灰度共生矩阵(GLCM) (GLCM)反映了灰度值的空间相关性特征，能够有 效描述二维CT图像中像素的空间关系6。 为了更好地定量描述煤样内部细观裂隙结构的 演化过程，采用基于统计理论的灰度共生矩阵 GLCM是通过描述灰度值从参考像素到相邻像素 的变化来建立的。假设CT图像每个像素的灰度值为图7显示S1煤样内部存在众多的原生裂隙（第1 次扫描），总体积为10.05 mm3；煤样进入弹性变形 阶段后，原生裂隙完全闭合，之后煤样在塑性阶段 产生新裂隙，并在峰后阶段不断发育扩展（第4-6次 扫描），裂隙总体积上升到247.15 m m 3。S2煤样的原 生裂隙较少，裂隙总体积为8.92 m m 3，在轴向应力的 压实作用下，裂隙体积下降到0.84 m m 3（第1-2次扫 描）；随着外部载荷的增加，新的裂隙不断产生， 扩展形成了贯通煤样的宏观主裂隙，导致了煤样的 失稳破坏，裂隙总体积增加至91.97 m m3（第3-4次扫 描）；煤样进一步卸压后，裂隙扩展使得所形成的 裂隙网络明显增大，裂隙体积急剧增加至537.98 mm3（第6次扫描）。S3煤样在下部有极少的原生裂 隙，其体积为0.32 m m3，弹性阶段裂隙体积减少到了 0.10 m m3（第1-2次扫描）；当轴向应力达到弹性极 限时，煤样内部形成了一条近乎贯通煤样的片状大 裂隙（第3次扫描），导致裂隙总体积增加到158.90 mm3；煤样破坏后，内部的两条片状大裂隙相互连接 组成了新裂隙网络，裂隙总体积增加到 2 7 2 . 9 8 mm3；煤样处于峰后阶段时裂隙网络进一步扩展，裂 隙总体积上升到1114.52 mm3（第5-6次扫描）。 受载煤样各扫描阶段的裂隙体积、表面积和裂 隙密度表征裂隙的发育程度（见表3），其中裂隙密 度是描述多孔介质中裂隙发育的重要参数。由于煤 含有大量随机分布的天然裂隙和缺陷，在外部荷载 作用下，煤中裂隙的萌生、发育和扩展效应非常复 杂。本文用裂隙表面积与煤样体积之比定义裂隙密 度[65]，对裂隙动态演化进行三维定量表征，其表达式 如下： = / s  S V (1) 式中：ρ为裂隙密度，S为裂隙表面积，Vs为煤样 体积。 根据表3绘制了裂隙体积和裂隙密度随应力的变 化曲线（图8）。由图8可知，全应力应变过程中煤 样的裂隙体积与裂隙密度的变化规律有良好的一致 性，由此将裂隙发育过程分为3个发展阶段：裂隙压 密闭合阶段Ⅰ、新裂隙萌生扩展阶段Ⅱ和主裂隙加 速扩展与贯通阶段Ⅲ，卸压破坏后煤样内部裂隙扩 展充分，致使裂隙体积和裂隙密度均大幅增加。由 表3可知，与S1煤样相比，S2和S3煤样在破坏后的裂 隙体积和裂隙密度均有不同程度的增加，裂隙体积 的增幅分别为117.67%和350.94%，裂隙密度的增幅 分别为168.15%和347.79%。随着瓦斯压力的增加， 煤样裂隙发育更充分，破坏更彻底。 表 3 受载煤样裂隙的动态演化 Table 3 The dynamic evolution of fracture of loaded coal samples scan stage S1 S2 S3 Fracture volume/mm3 Fracture surface area/mm2 Fracture density/mm-1 Fracture volume/mm3 Fracture surface area/mm2 Fracture density/mm-1 Fracture volume/mm3 Fracture surface area/mm2 Fracture density/mm-1 1 10.05 611.77 0.0249 8.92 593.51 0.0242 0.32 24.70 0.0010 2 0 0 0 0.84 40.93 0.0017 0.10 4.17 0.0002 3 0 0 0 18.92 1047.6 0.0427 158.90 7719.77 0.3145 4 33.73 1638.87 0.0668 91.97 4545.59 0.1852 272.98 11058.98 0.4506 5 98.04 4380.83 0.1785 284.17 11608.3 0.4729 350.08 12290.41 0.5008 6 247.15 8484.38 0.3457 537.98 22752.1 0.9270 1114.52 37969.49 1.5470 0 1 2 3 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 (a) Axial stress/MPa Axial strain/% Axial stress Ⅰ Ⅱ Ⅲ 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 Fracture density Fracture density/m m -1 0 50 100 150 200 250 300 Fracture volume Fracture volume/m m 3 0 1 2 3 0 5 10 15 20 25 30 35 (b) Axial stress/MPa Axial strain/% Axial stress Ⅰ Ⅱ Ⅲ 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 Fracture density Fracture density/m m -1 0 100 200 300 400 500 Fracture volume 600 Fracture volume/m m 3 0 1 2 3 0 5 10 15 20 25 30 Axial stress/MPa Axial strain/% Axial stress Ⅰ 0.0 0.4 0.8 1.2 1.6 Fracture density Fracture density/m m -1 0 400 800 1200 Fracture volume Fracture volume/m m 3 Ⅱ Ⅲ (c) 图 8 受载煤样裂隙体积和裂隙密度的变化曲线. (a) S1 煤样; (b) S2 煤样; (c) S3 煤样 Fig.8 The variation curves of fracture volume and fracture density of loaded coal samples: (a) S1 coal sample; (b) S2 coal sample; (c) S3 coal sample 4 灰度共生矩阵（GLCM）统计分析 4.1 灰度共生矩阵（GLCM） 为了更好地定量描述煤样内部细观裂隙结构的 演化过程，采用基于统计理论的灰度共生矩阵 （GLCM）方法来分析显微工业CT扫描图像，进一 步挖掘细观裂隙结构发展细节。灰度共生矩阵 （GLCM）反映了灰度值的空间相关性特征，能够有 效描述二维CT图像中像素的空间关系[66]。 GLCM是通过描述灰度值从参考像素到相邻像素 的变化来建立的。假设CT图像每个像素的灰度值为 录用稿件，非最终出版稿