以往煤岩损伤观测普遍采用加载 — 卸载 —CT 观测的试验流程，但煤岩卸载后内部裂隙会回弹闭合，无法还原试样在地层真实围压下的裂隙原貌，试验数据存在不可消除偏差。
为解决该痛点，研究团队搭建原位三轴加载 + 实时工业 CT 一体化测试平台，全程保持荷载不卸除，分阶段扫描捕捉煤岩内部微观结构动态变化。
核心实验设备及参数
本次试验依托工业CT与三轴压缩加载耦合系统，实现围压工况下的高精度原位扫描，核心设备参数及功能如下：
1. GE Phoenix V|tome|x m高分辨率工业CT：配备240kV μCT、280kV nano-CT双射线管，分辨率分别达2μm、优于1μm，可精准捕捉煤岩微、纳级裂隙变化。试验在分级加载节点暂停扫描，留存各应力阶段微观影像数据。
2. 三轴压缩加载装置：可模拟地下真实围压环境，全程持续加载无需卸载，适配CT同步扫描，还原煤岩真实受力损伤状态，保障试验数据真实可靠。
整套实验系统由高分辨率工业CT设备与三轴压缩加载装置耦合组成，可在围压加载的真实受力工况下，完成煤岩试样的实时断层扫描，设备精度与适配性为试验数据可靠性提供核心保障。
μCT扫描图像 以及断裂断片
CT影像与骨折 提取（标本原始扫描） 以SH-B为例。（a） 投影视图;（b） 扫描体积和二维 切片图像;（c） 顶部视图切片图像的灰度直方图;（d） 红线上的灰色值;（e）拔除骨折;（f） 提取 矿物;以及（g）提取三维断裂。
煤岩损伤演化五大核心阶段
基于原位CT扫描数据，完整还原煤岩受压至破坏全过程，将损伤演化划分为五个特征阶段：
① 压实阶段：结构灰度均匀、孔隙率＜1%，仅原生孔隙裂隙被压实，无新生裂纹。
② 弹性阶段：应力小幅提升，灰度轻微波动，孔隙率仍低于1%，仅原生裂隙轻微形变，形变可逆。
③ 屈服阶段：达到屈服临界，原生裂隙周边萌生微裂纹，CT灰度出现异常，孔隙率持续升高，试样进入塑性损伤阶段。
④ 塑性破坏阶段：微裂隙快速延伸贯通，形成三维裂缝网络，煤岩内部结构彻底破损。
⑤ 残余阶段：裂隙持续扩展，形成宏观破坏面，煤岩完全丧失承载能力。
煤岩3D CT图像中的动态断裂演化 不同的约束压力：（a）单轴压缩试验0 MPa; （b） 约束压力为1兆帕;（c） 约束压力等于 3 MPa;以及（d）约束压力为5兆帕。
三大CT定量评价指标
研究依托CT数据提取三项核心指标，实现煤岩损伤从定性描述到精准定量表征的升级：
1. 灰度值：反映煤岩基质密度变化，直观判定压实、损伤、破坏程度。
2. 裂缝体积：量化裂隙空间发育规模，精准体现裂隙扩展程度。
3. 裂缝孔隙率：煤岩初始损伤阶段孔隙率可达原始状态2倍，可高效识别早期微弱损伤。
实时CT扫描二维图像与断裂演变：（a） 单轴 压缩测试为0兆帕;（b） 约束压力为1兆帕; （c） 约束压力为3兆帕;以及（d）约束压力 相当于5兆帕。
研究成果与技术支持
本研究通过原位CT可视化技术，阐明了围压下煤岩微观损伤机理，建立了完善的损伤定量评价体系，为矿山围岩稳定、冲击地压防控等工程研究提供重要支撑，相关成果发表于期刊（DOI：10.1021/acsomega.5c07678）。
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