From the perspective of spontaneous combustion control in coal mining, this study conducted a progressive axial loading test of broken coal using a self-designed multi-field coupling oxidation test system. The evolutionary characteristics of the bulking factor under different loading conditions of stress, stress–temperature, and stress–moisture were obtained. Subsequently, factors affecting the bulking properties of broken coal in the synchronous compression and deformation stage were analyzed theoretically using the four-particle accumulation model and Hertzian contact deformation principle. The research results are summarized as follows: (1) in the process of axial loading, the bulking factor of broken coal generally decreased, but showing three stages; (2) under the stress-moisture coupling effect, when the axial force was 0 kN and the external water content increased from 0 to 6.75%, the water wedge effect increased the bulking factor of broken coal by 2.17%; (3) under the stress-temperature coupling effect, when the axial force was 47.1 kN and the temperature increased from room temperature (23.3 °C) to 100 °C, the bulking factor of broken coal decreased by 5.08%; and (4) in the synchronous compression and deformation stage (at the axial stress of 94.2 kN), the theoretical analysis revealed that the bulking factor decreased gradually with increasing stress, temperature, and external water content, which was consistent with the test results. The abovementioned test results established the basic theory and provide practical support for subsequent recognition of the spontaneous combustion of confined coal.

中文翻译：

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碎煤多场装填膨胀系数演化特征的试验研究

本研究从煤矿开采自燃控制的角度出发，利用自行设计的多场耦合氧化试验系统，对碎煤进行了渐进轴向加载试验。获得了不同应力、应力-温度和应力-水分加载条件下膨胀因子的演化特征。随后，利用四颗粒堆积模型和赫兹接触变形原理，从理论上分析了影响破碎煤在同步压缩变形阶段膨胀特性的因素。研究结果总结如下：（1）在轴向加载过程中，破碎煤的膨胀系数普遍下降，但呈现三个阶段；(2) 在应力-水分耦合作用下，当轴力为0 kN，外部含水量从0增加到6.75%时，水楔效应使碎煤膨胀系数增加2.17%；(3)在应力-温度耦合作用下，当轴向力为47.1 kN，温度从室温(23.3 ℃)升高到100 ℃时，破碎煤的膨胀系数下降了5.08%；(4)在同步压缩变形阶段（轴向应力为94.2 kN），理论分析表明膨胀系数随着应力、温度和外部含水量的增加而逐渐减小，与试验结果一致。上述试验结果建立了基础理论，为后续认识密闭煤自燃提供了实践支持。75%，水楔效应使碎煤膨胀系数提高2.17%；(3)在应力-温度耦合作用下，当轴向力为47.1 kN，温度从室温(23.3 ℃)升高到100 ℃时，破碎煤的膨胀系数下降了5.08%；(4)在同步压缩变形阶段（轴向应力为94.2 kN），理论分析表明随着应力、温度和外部含水量的增加，膨胀系数逐渐减小，与试验结果一致。上述试验结果建立了基础理论，为后续认识密闭煤自燃提供了实践支持。75%，水楔效应使碎煤膨胀系数提高2.17%；(3)在应力-温度耦合作用下，当轴向力为47.1 kN，温度从室温(23.3 ℃)升高到100 ℃时，破碎煤的膨胀系数下降了5.08%；(4)在同步压缩变形阶段（轴向应力为94.2 kN），理论分析表明膨胀系数随着应力、温度和外部含水量的增加而逐渐减小，与试验结果一致。上述试验结果建立了基础理论，为后续认识密闭煤自燃提供了实践支持。(3)在应力-温度耦合作用下，当轴向力为47.1 kN，温度从室温(23.3 ℃)升高到100 ℃时，破碎煤的膨胀系数下降了5.08%；(4)在同步压缩变形阶段（轴向应力为94.2 kN），理论分析表明膨胀系数随着应力、温度和外部含水量的增加而逐渐减小，与试验结果一致。上述试验结果建立了基础理论，为后续认识密闭煤自燃提供了实践支持。(3)在应力-温度耦合作用下，当轴向力为47.1 kN，温度从室温(23.3 ℃)升高到100 ℃时，破碎煤的膨胀系数下降了5.08%；(4)在同步压缩变形阶段（轴向应力为94.2 kN），理论分析表明膨胀系数随着应力、温度和外部含水量的增加而逐渐减小，与试验结果一致。上述试验结果建立了基础理论，为后续认识密闭煤自燃提供了实践支持。(4)在同步压缩变形阶段（轴向应力为94.2 kN），理论分析表明膨胀系数随着应力、温度和外部含水量的增加而逐渐减小，与试验结果一致。上述试验结果建立了基础理论，为后续认识密闭煤自燃提供了实践支持。(4)在同步压缩变形阶段（轴向应力为94.2 kN），理论分析表明随着应力、温度和外部含水量的增加，膨胀系数逐渐减小，与试验结果一致。上述试验结果建立了基础理论，为后续认识密闭煤自燃提供了实践支持。