煤储层地质力学条件是煤层气开发的关键因素之一,直接影响煤储层的改造效果。我国煤层气赋存地质条件复杂,煤层气开发中煤储层地质力学参数动态变化,易导致煤储层失稳破坏;而以往关于煤储层地质力学条件及储层稳定性研究工作较少,控制机理不清。针对目前煤层气开发中存在的问题,本文以我国沁水盆地南部郑庄区块煤储层为研究对象,通过地质资料收集、室内实验、现场测试,理论分析和数学模型等方法,开展煤岩应力-应变-渗透性及声发射特征研究、煤储层现今地应力分布规律研究、煤层气井排采中煤储层地应力与井壁围岩应力动态规律和煤储层稳定性评价研究,揭示了研究区煤储层的地质力学条件及其地质力学参数的动态变化规律,建立了煤储层稳定性评价方法,对研究区煤储层稳定性进行了评价。取得了如下主要成果和认识:(1)通过三轴压缩-渗流-声发射实验分析煤岩变质程度和应力条件对煤储层力学性质、渗透性及声发射的影响及控制机理,研究发现:煤岩峰值强度、声发射活动及渗透性主要受控于煤岩孔隙和裂隙结构。煤岩峰值强度随煤岩变质程度的增加先减小后增加,呈―U‖型,中煤阶煤达到最低值;随围压的增加,煤岩峰值强度增加,增加速率逐渐降低。载荷应力作用下,煤储层应力-应变、声发射活动和渗透率的演化过程划分为三个阶段:压密及弹性变形阶段、非弹性变形阶段、破坏及发展阶段;不同变质程度和围压条件下,各阶段具有不同特点。(2)基于煤层气井试井资料和煤层气井水力压裂数据研究了郑庄区块煤储层现今地应力条件,推导了基于水压致裂法的煤储层地应力计算模型,揭示了研究区煤储层现今地应力分布规律,并进行了分区评价。发现郑庄区块煤储层以中-低等应力条件为主(σ_hhi)的控制,当最大有效主应力和最小有效主应力之比超过((μ_i²+1)^1/2+μ_i)²,煤储层沿断层面滑移破坏。(6)基于排采中煤储层井壁围岩应力动态模型,建立了煤储层井壁围岩破坏准则及坍塌压力和破裂压力计算方程,揭示了排采中煤储层井壁围岩失稳破坏规律。直井井壁围岩排水阶段,安全钻井液密度窗口增大,井壁稳定性增加;解吸阶段密度窗口收窄,井壁稳定性减弱。排采中,最大和最小水平主应力方向水平井井壁围岩在正断层应力机制下,密度窗口均收窄,井壁稳定降低;逆断层应力机制下,密度窗口均增加,井壁稳定性提高;走滑断层应力机制下,最大和最小主应力方向水平井密度窗口分别收窄与增加,井壁稳定性分别减弱与增强。(7)结合郑庄区块实际资料,揭示了排采中研究区煤储层地应力和井壁围岩应力动态变化规律。采用评价指标H(实际最大主应力与临界最大主应力的差值)和F(断层摩擦强度限定值与最大有效主应力与最小有效主应力的比值之差)对研究区煤储层稳定性进行了评价。此外,以坍塌压力、破裂压力及安全钻井液密度窗口为评价指标,对研究区井壁围岩稳定性进行了评价。