煤矿气体是煤炭开采过程中的主要危险，可能引发诸如煤与瓦斯突出和瓦斯爆炸等灾难性事件，从而对矿山安全和高效生产构成严重威胁1, 2, 3, 4。广泛认为，气体预抽排是减轻气体危害的主要措施。从煤层中提取气体可以有效降低气体灾害风险，同时促进清洁能源资源的利用5, 6, 7。值得注意的是，煤的孔隙-裂隙结构（PFS）显著影响气体的扩散和渗流行为8, 9, 10，从而决定了气体抽排的效率。采矿引起的应力重分布可以改变煤的PFS，进而改变气体的存在状态和迁移行为11, 12。因此，阐明煤在变应力条件下PFS的演变并定量描述这些变化，对于实现煤矿中的高效气体提取至关重要。
PFS在灾害预防和资源开发中的关键作用促使了大量研究致力于其精确表征。传统的测试方法，包括汞侵入孔隙度测量13, 14、气体吸附方法（N2或CO2）15, 16, 17、X射线微计算机断层扫描（μ-CT）18, 19, 20以及扫描电子显微镜（SEM）21, 22，为PFS评估提供了宝贵的见解。然而，这些方法在考虑外部应力对PFS的影响方面存在挑战。
为了解决这一限制，已经开发了结合三轴压缩单元的μ-CT成像系统来测试加载过程中的孔隙-裂隙发展23, 24。基于数字体积重建，通过数值模拟和理论分析相结合实现了PFS的定量表征。先前的研究利用这些技术研究了在不同加载条件下的裂隙生长。Vishal和Chandra25研究了单轴压缩下煤中的裂隙发展，发现裂隙的起始和扩展都受到有机质分布的影响。此外，Liu等人26研究了煤在单轴和三轴压缩下的裂隙起始和扩展的演变模式，并使用开发的RMD-DVC算法实现了裂隙的运动学量化。进一步地，Qiu等人27提出了一种结合实时CT扫描和数值模拟的综合方法，从而建立了三轴压缩下分形维数与孔隙度之间的关系。此外，基于CT的方法还被用来探索外部流体注入下煤中PFS的演变。Zhang等人28利用原位同步辐射X射线微断层扫描证明了N2注入可以重新打开由于CO2吸附引起的膨胀而关闭的裂隙。尽管原位CT扫描为研究应力约束下的PFS提供了重要支持，但其分辨率限制了对较小微孔和纳米孔的有效表征。
核磁共振（NMR）技术提供了广泛的孔径检测范围，并能够对煤中的微孔和纳米孔进行定量表征29, 30, 31。因此，研究人员提出了一种结合NMR与三轴加载单元的综合实验方法32, 33。Zhao等人和Zhou等人35进行了关于三轴压缩下煤中PFS发展的早期研究。基于T2谱，研究了应力引起的孔隙度、孔径分布和孔隙分形维数的变化。此外，核磁共振成像（NMRI）被用来可视化PFS的空间分布以及裂隙的起始和扩展过程。Xie等人36提出了一种分层NMR方法来研究PFS的演变，揭示了在围压卸载过程中吸附孔和渗透孔之间的转换模式，以及孔隙分布的空间异质性。Zhang等人37探讨了含油煤在采矿引起的应力下烃类的迁移特性及其相关的裂隙扩展机制，从而阐明了PFS对烃类渗流的影响机制。此外，一些研究还研究了蠕变条件下的孔隙演变，从而建立了孔隙参数与加载时间之间的定量关系38, 39。这些研究为应力约束下的PFS演变提供了重要见解。然而，围压对孔隙演变的影响仍不够清楚，煤损伤与孔隙参数之间的相关性也不明确。
为了解决这些问题，在4–12 MPa的围压下使用NMRI分析仪进行了三轴压缩实验，并实时记录了T2谱和NMR图像。具体来说，分析了孔隙度和孔隙比例的应力依赖性演变，从而确定了不同围压下的孔隙压缩系数。同时，NMRI可视化了渐进破坏过程中的孔隙空间分布。此外，通过几何分形维数（Dgs）和迂曲度分形维数（DT）量化了PFS的复杂性和迂曲度。采用基于Weibull的损伤本构模型将损伤变量与孔隙参数相关联，随后研究了围压对PFS演变的影响机制。这些发现阐明了煤中的应力-孔隙耦合行为，从而为提高煤矿中的气体抽排提供了理论指导。
