煤岩作为矿山开采中最常见的工程介质,是一种内部含有大量孔洞和裂隙的原始损伤体。煤岩裂隙的扩展是造成煤与瓦斯突出、冲击地压、煤柱失稳等矿山灾害的主要原因,探寻和掌握裂隙煤岩破裂演化规律是预防预测煤岩灾害的前提,具有十分重要的工程意义。为此,本文制备了含有不同倾角预制裂隙的煤岩试件,采用理论分析、室内试验、数值模拟等结合的方法,分别从煤岩裂纹扩展特征、声发射特征、数值模拟对比分析等方面对单轴加载含预制裂隙煤岩破裂演化规律进行了研究,主要成果如下:(1)根据不同倾角预制裂隙煤岩的应力-应变曲线,可以将煤岩变形过程分为4个阶段,裂纹的产生和扩展主要集中在弹性非稳定破坏阶段;试件平均强度和平均应变随裂隙倾角增大表现为先减小,再增大,再减小,再增大的“w”型波动形态;预制裂隙对煤岩试件的应力和应变有一定的影响,裂隙倾角不同影响程度不同。(2)研究了单轴加载下不同倾角裂隙煤岩试件裂纹扩展特征,试件以生成反翼拉伸裂纹和翼形拉伸裂纹为主,沿预制裂隙呈反对称形式分布;裂隙倾角较低时,试件起裂应力低,反翼拉伸裂纹优先起裂,产生裂纹多,裂纹扩展充分,试件呈轴向拉伸破坏;裂隙倾角较高时,试件起裂应力高,翼形拉伸裂纹优先起裂,产生裂纹少,裂纹扩展不充分,试件呈滑移剪切破坏。(3)研究了单轴加载下不同倾角裂隙煤岩试件裂纹扩展的声发射特征,裂隙倾角较低时,试件因裂隙存在非均匀变形增大,声发射幅值在微缺陷压密期较为活跃集中,裂隙倾角较高时,变得较为稀疏;反翼裂纹起裂能率远远大于翼裂纹起裂能率,前者起裂能率约为后者的2～3倍,剪切裂纹和次生裂纹产生在试件将要破坏前后,声发射特征出现突变,出现最大峰值;累计声发射计数随试件损伤程度的增加呈现“台阶式”递增,分为稳定期和非稳定期两个阶段。(4)数值模拟中产生裂纹扩展情况、起裂角度变化等结果与室内试验基本相符;反翼拉伸裂纹的裂纹开度总体上要大于翼形拉伸裂纹的裂纹开度;试件在加载前期会生成低应力集中带,其边缘受到拉应力,裂隙倾角较低时呈平行四边形,试件起裂产生反翼拉伸裂纹,裂隙倾角较高时呈扇形,试件起裂产生翼形拉伸裂纹;加载后期,不同倾角裂隙试件会形成不同的水平位移集中带,裂隙倾角较低时水平位移最大值位于试件的中轴线附近,试件容易形成腰鼓而发生轴向拉伸破坏,裂隙倾角较高时水平位移最大值逐渐向试件两端偏移,试件容易发生滑移而形成剪切破坏。