煤层注水能有效降低工作面粉尘浓度,改善井下工作环境,防治煤与瓦斯突出和冲击地压,弱化煤体提高放顶煤工作面顶煤放出率,因此得到了广泛的应用。但是煤层注水是否会降低无烟煤的块煤生产率,引起了煤炭生产企业的担忧。无烟煤的价格与块度大小有直接的关系,末煤的价格仅为块度为25mm～80mm的块煤价格的60%左右。鉴于此,本文进行了注水对无烟煤受压变形特性及破碎块度分布影响的试验研究。试验煤样取自山西高平望云煤矿3号煤,属低变质无烟煤。论文从物理力学、热力学和水化学损伤等三个方面分析了水对煤的弱化机理,测试了煤的物理力学特性、镜质组最大反射率和显微组分、裂隙孔隙特性和煤的水润湿性,进行了天然煤样与注水饱水煤样受压变形与破碎块度分布规律的对比试验;通过对比煤样破碎时的应力应变曲线和破碎演化过程,分析了天然含水煤样和注水饱水煤样在变形和破碎过程中的差异,并应用破碎块度分布的分形维数和罗森-拉姆勒(Rosin-Rammler)模型分析了破碎后煤样块度分布规律;针对放顶煤开采工作面顶煤放出块度分布,在望云煤矿3号煤层3203注水工作面和3204未注水工作面进行了现场工业性测试。通过系统的研究取得了以下主要成果:(1)影响水对煤体弱化的因素有:煤体孔隙、裂隙的发育程度和分布规律特征,煤层地应力,煤层的物理力学性质,煤矿物化学成分,煤体瓦斯压力,饱和水分增值,水煤界面接触角。这些因素影响着水对煤体的弱化侵蚀作用,对煤体的受压破碎有些重要的影响;(2)从物理力学角度分析了水对煤的弱化,得出了如下结论:水进入煤体后,改变了煤体内部的有效应力,降低了内聚力和内摩擦角,使得煤体更易于破碎;(3)从热力学角度分析了水对煤体的弱化,得出了如下结论:水进入煤体孔隙裂隙中降低了煤体的表面吉布斯自由能,致使煤体强度降低,破碎程度增大;(4)从化学能量方面分析了水对煤体的弱化,得出如下结论:水进入煤体中,水与矿物质,矿物质与矿物质之间发生了作用,产生了能量的“转移”,使得煤体晶格之间的吸引力降低,煤体更加易于破碎。(5)通过对煤样试件的测定可得到煤样的物理力学特性为,3#煤层煤体的容重为1.4273g/cm3,比重为1.5151g/cm3,天然状态含水率为2.1525%,常压饱水状态含水率为2.8074%,加压3MPa饱水状态含水率为3.0334%,属于含水增加较少的煤层;(6)天然状态抗压强度为8.74MPa,饱水状态抗压强度为7.41,软化系数为0.848,属于中等软化煤层;(7)望云煤矿3#煤的最大镜质组反射率Rmax A试件2.36%,B试件2.37%,平均2.365%,属无烟煤。(8)显微镜下观察统计结果表明:3#煤A试件镜质组占65.9%,惰质组含量28.7%;B试件镜质组占67.8%,惰质组含量28.9%。镜质组以基质镜质体和均质镜质体为主,结构镜质体、团块镜质体、碎屑镜质体等均有出现,油浸反射光下呈灰白色。惰质组以在油浸反射光下呈亮白色丝质体为主,过渡组分白色半丝质体、白色球状粒径10μm左右的微粗粒体和丝质体碎屑均有出现。壳质组未出现。(9)煤样矿物含量较多,主要为粘土矿物,A试件占5.4%、B试件占3.3%,油浸反射光下呈黑色团状。(10)望云煤矿3#顶煤煤样平面的裂隙尺度分布分形维数为1.5673,在(1×1)m2区域内煤样表面上长度≥1m的贯通裂隙的条数是6.21,DN1m=9.73,属于裂隙发育中等煤层;(11)3#煤从总孔隙率来说,总孔隙率平均为5.4019,属于孔隙率中等煤层。从孔径分布来说,3#煤属于大孔发育,占所有孔容的46.40%。(12)注水降低了无烟煤的峰值强度、峰值前弹性模量和峰值后线性降模量,增强了峰值后的塑性流动特性,提高了煤的残余强度;(13)注水改变了无烟煤受压破碎后的块度分布,即注水后中块度煤样增多,大块度减少;(14)通过分形测定,无烟煤受压破碎块度-质量分布具有明显的分形特征,注水饱水试样破碎后的块度-质量分布的分形维数减小,说明注水饱水试样破碎后的小块度量减少,适合销售要求的较大块度率增加。(15)注水饱水煤样的破碎块度集中于中等尺度,且随着压缩量的增大,中等尺度的块率明显增加。(16)注水饱水煤样破碎后的中位径d50比天然含水煤样碎块的小,表明注水饱水煤样破碎程度比天然含水煤样大。(17)通过工业性试验发现综放工作面采前预注水能减少生产中需要专门破碎的大块煤数量,同时能提高适合高价销售要求的中块煤数量;综上可知,望云煤矿3号变质无烟煤注水后受压破碎,产生的适合销售的中块率增加了,需要专门破碎的大块度率降低了