煤作為復(fù)雜多孔的有機(jī)巖石，孔隙和裂隙結(jié)構(gòu)極為復(fù)雜，且礦物成分多種多樣，進(jìn)而造成其力學(xué)性質(zhì)在宏觀上具有顯著的各向異性，在微觀上表現(xiàn)出強(qiáng)烈的非均質(zhì)性。煤巖的微觀力學(xué)特征與其宏觀力學(xué)特征密切相關(guān)，微觀力學(xué)性質(zhì)的定量化表征為分析微觀與宏觀力學(xué)性質(zhì)之間的關(guān)系，以及為深入研究壓裂過(guò)程中裂縫的擴(kuò)展與演化提供了幫助。傳統(tǒng)的力學(xué)試驗(yàn)測(cè)試對(duì)試樣的尺寸和完整性都有較高的要求，且試驗(yàn)周期長(zhǎng)，測(cè)試價(jià)格昂貴，巖心加載破壞后無(wú)法進(jìn)行其他力學(xué)參數(shù)測(cè)試，因此需要尋求一種簡(jiǎn)單且可靠的力學(xué)參數(shù)測(cè)試方法。

近年來(lái)，納米力學(xué)測(cè)試技術(shù)在表面工程力學(xué)性質(zhì)測(cè)試領(lǐng)域發(fā)展迅速。由于具有操作簡(jiǎn)便、對(duì)樣品損害小、分辨率高等優(yōu)勢(shì)，該方法也被廣泛應(yīng)用于測(cè)量巖石的硬度、彈性模量等力學(xué)試驗(yàn)中。在納米力學(xué)測(cè)試技術(shù)中原子力顯微鏡(ＡＦＭ)扮演著重要的角色，它不僅能測(cè)量樣品的表面形貌，而且能反映楊氏模量和黏附力等力學(xué)性能，因此被用來(lái)廣泛研究?jī)?chǔ)層的孔隙特征和力學(xué)性質(zhì)。
ＹＡＯ等利用ＡＦＭ測(cè)量了不同變質(zhì)程度煤的表面性質(zhì)，得到了不同變質(zhì)程度下煤的孔隙特征，并觀察到了煤的大分子結(jié)構(gòu)。ＰＡＮ等觀察到不同變質(zhì)程度下煤巖表面粗糙度的變化。ＬＩ等利用ＡＦＭ測(cè)量了頁(yè)巖中有機(jī)質(zhì)的楊氏模量，并得出表面形貌對(duì)楊氏模量的影響。ＬＩＵ等利用該方法得到了煤和頁(yè)巖的表面粗糙度及孔徑分布特征，并利用低溫液氮吸附試驗(yàn)得到的孔徑分布曲線和ＡＦＭ測(cè)試結(jié)果對(duì)比，發(fā)現(xiàn)２條分布曲線具有相似的變化趨勢(shì)。但當(dāng)前通過(guò)該方法測(cè)量煤巖的力學(xué)性質(zhì)的研究相對(duì)較少，對(duì)煤巖的微觀力學(xué)性質(zhì)認(rèn)識(shí)不足。因此筆者利用ＡＦＭ進(jìn)行煤巖表面力學(xué)性質(zhì)的研究，旨在探明微觀尺度下煤巖的力學(xué)參數(shù)及其影響因素。研究煤巖的微觀力學(xué)性質(zhì)尤其是楊氏模量對(duì)煤儲(chǔ)層開(kāi)發(fā)過(guò)程中鉆完井工程，井壁穩(wěn)定和壓裂改造設(shè)計(jì)有重要的指導(dǎo)作用。

１)原子力顯微鏡基于測(cè)量探針與煤巖表面間范德華力所得到的力距離曲線，進(jìn)而能夠計(jì)算出微觀尺度下煤巖表面的形貌、楊氏模量、黏附力和形變量等參數(shù)。２)對(duì)楊氏模量與黏附力等力學(xué)參數(shù)的分析，發(fā)現(xiàn)微觀尺度下煤巖的力學(xué)參數(shù)測(cè)試結(jié)果具有一定的波動(dòng)性，其中黏附力的離散度最高，楊氏模量的離散程度較低，造成該現(xiàn)象的主要原因是煤巖本身的非均質(zhì)性。３)通過(guò)對(duì)楊氏模量數(shù)據(jù)的分析表明，黏土礦物的楊氏模量要大于煤巖基質(zhì)的楊氏模量，且由于沒(méi)有宏觀裂縫的影響，原子力顯微鏡測(cè)試結(jié)果要大于傳統(tǒng)力學(xué)試驗(yàn)的測(cè)試結(jié)果。４)通過(guò)分析楊氏模量和黏附力測(cè)量值的影響因素，發(fā)現(xiàn)單次試驗(yàn)掃描面積對(duì)結(jié)果影響較小，粗糙度會(huì)影響探針與煤表面的接觸面積，進(jìn)而影響試驗(yàn)結(jié)果。