在煤炭的开采与利用过程中,煤的力学特性研究对于提高开采效率、保障矿井安全以及预防灾害具有重要的理论和实际意义。本文为探究表面活性剂作用下煤的宏微观物理力学特性,采用动态接触角试验、超声波试验、气体渗透试验、低场核磁共振试验、X射线衍射试验、单轴压缩试验、声发射试验、纳米压痕试验等一系列试验,对不同浓度条件下经十二烷基硫酸钠(SDS)溶液改性前后煤样的动态接触角、波速、渗透率、孔隙结构、矿物组分、单轴抗压强度、声发射特性和微观力学参数进行表征,分析了改性前后煤样的润湿性能、波速、渗透率和孔隙结构特征及其演变规律,并基于分形几何理论评价了改性前后煤样的分形特征。探讨了改性前后煤样的宏观力学参数和声发射特征参数演化规律,研究了煤样在纳米尺度下的微观力学特性。主要结论如下: (1)SDS溶液能有效帮助液滴在煤表面加速扩散和下渗,降低煤样的接触角。溶液浓度与接触角衰减率呈线性正相关。煤样改性前后波速衰减率、孔隙率增量、渗透率增量随SDS溶液浓度的增加而增加。 (2)改性前后煤样孔隙结构变化分为三个阶段,第一阶段:煤样小孔向中孔和大孔的转化量大于自身新孔的生成量,此时小孔向中孔和大孔发育扩展;第二阶段:煤样小孔段以自身新生孔隙为主要过程,而向中孔和大孔的转化为次要过程;第三阶段:小孔向中孔和大孔进一步扩展。煤样改性后渗流孔和总孔隙的分形维数均减小,孔隙率与渗流孔、总孔隙分形维数均成负相关。 (3)SDS溶液浓度与煤样的峰值应力、弹性模量均呈线性负相关,减小率分别为34.63%、19.17%。煤样在加载过程中,声发射主频表现为3段式的分布特征,低频信号占主导地位,破坏模式以拉伸破坏为主。 (4)表面活性剂的改性作用均降低了煤样的宏微观力学性能,但煤样在宏观尺度上存在更多的微裂隙和孔隙,而在纳米压痕实验中的微小尺度下煤样孔隙、微裂隙等缺陷的影响被局部化,使得纳米压痕试验所得的微观弹性模量比单轴压缩试验所得出的宏观弹性模量大。