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，測試價(jià)格昂貴，巖心加載破壞后無法進(jìn)行其他力學(xué)參數(shù)測試，因此需要尋求一種簡單且可靠的力學(xué)參數(shù)測試方法。

近年來，納米力學(xué)測試技術(shù)在表面工程力學(xué)性質(zhì)測試領(lǐng)域發(fā)展迅速。由于具有操作簡便、對(duì)樣品損害小、分辨率高等優(yōu)勢，該方法也被廣泛應(yīng)用于測量巖石的硬度、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，因此被用來廣泛研究儲(chǔ)層的孔隙特征和力學(xué)性質(zhì)。
ＹＡＯ等利用ＡＦＭ測量了不同變質(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測量了頁巖中有機(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。但當(dāng)前通過該方法測量煤巖的力學(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)層開發(fā)過程中鉆完井工程，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，且由于沒有宏觀裂縫的影響，原子力顯微鏡測試結(jié)果要大于傳統(tǒng)力學(xué)試驗(yàn)的測試結(jié)果。４)通過分析楊氏模量和黏附力測量值的影響因素，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。