水力压裂+CO₂驱替煤层气技术可高效开采煤层气,同时封存CO₂。但水力裂缝的扩展可能破坏顶底板,影响CO₂封存的地质密闭性,存在诱发地质环境灾害的风险。因此,必须研究煤层水力压裂裂缝扩展的演化规律及影响因素。与其它岩石相比,煤岩内发育有大量弱面结构,在对煤层实施水力压裂时,弱面会影响水力裂缝的扩展路径;此外,压裂形成的裂缝是CO₂与煤层气流动的主要通道之一,复杂应力路径下其导流能力决定了流体流动的速率。因此,基于以上问题,本文开展了层间弱面影响下煤层水力裂缝扩展规律以及加卸载路径下煤岩裂缝导流能力的相关研究,得到的主要结论有:(1)研究了层间弱面影响下的裂缝扩展机制,水力裂缝的破坏机制为张拉破坏,发现层间弱面的破坏机制为剪切破坏,且水力裂缝与层间弱面之间存在较强的竞争扩展,这些不同的相互作用关系会造成不同的裂缝扩展模式。(2)系统性地评价了现场水力压裂施工过程中不同应力条件、地质参数和施工参数对裂缝形态、改造体积和盖层完整性的影响,发现煤层中的低强度弱面、层间应力不连续性等储层自然特征,以及较低的流体粘度和注入速率等施工参数会限制水力裂缝网络的垂向扩展,将水力裂缝的高度限制在10.2 m(煤储层厚度)内,利于保证盖层完整性。此外,割理、低强度弱面的存在,低层间水平应力不连续性,以及恰当的施工参数有利于形成体积较大的水力缝网。(3)在加卸载路径下煤岩裂缝导流能力试验中,粗糙度最大的m8试件导流能力最强,粗糙度最小的m4试件导流能力最弱,说明裂缝面越粗糙,则裂缝导流能力越强。此外,在加卸载过程中,煤岩裂缝等效水力开度存在滞后现象,裂缝导流能力发生损伤,其中m8试件损失率最大,为48.28%,m4试件损失率最小,为41.82%,说明裂缝面越粗糙,裂缝导流能力的应力敏感性也越强,受加卸载路径影响而引起的裂缝导流能力损伤越大。