瓦斯在煤层中的流动涉及煤的力学变形、气体流动、吸附效应等多场的耦合，由于煤层自身的内部物质组成和孔隙结构差异造成了煤层初始渗透率的各向异性。在煤层气开采过程中，储层压力的变化将引起煤层有效应力的改变和煤的解吸收缩变形，而煤层应力变形和瓦斯吸附解吸变形的各向异性将会引起煤层渗透率各向异性的动态变化。开展煤层渗透率各向异性特征及其演化规律的研究，对煤层气开发方案的优化设计具有非常重要的意义。
　　本文以华北二叠纪典型矿区不同变质程度原煤煤样为研究对象，利用自主研发的煤层物性特征测试系统和煤吸附解吸变形实验装置，开展了煤层变形特征及渗透率各向异性演化规律的实验。以煤层裂隙发育特征及裂隙变形规律为主线，采用理论分析和实验研究相结合的方法，对煤层初始渗透率各向异性和渗透率各向异性演化规律进行了研究。取得的主要结论有：
　　（1）揭示了煤层动弹性模量具有各向异性特征，且动弹性模量与加载压力呈二次多项式函数关系。平行层理两个方向煤层动弹性模量、剪切模量明显大于垂直层理方向，且随着压力的增加，测试值均不断增加，压力加载初期，变化较为明显；随着压力的进一步增大，煤层中裂隙的可压缩性降低，动弹性模量增长幅度变缓。
　　（2）揭示了煤层吸附膨胀变形量具有各向异性特征，且吸附膨胀变形量与气体压力呈双曲线函数关系。煤在吸附气体时不同方向产生的膨胀变形量不同，垂直层理方向吸附膨胀变形量明显大于平行层理两个方向；吸附变形量随着气体压力的增大而增加，但增加幅度不断减小。
　　（3）揭示了煤层渗透率具有各向异性特征，且渗透率各向异性程度随着有效应力和气体压力变化而动态变化。平行面割理方向渗透率最大，垂直层理方向最小；煤层不同方向渗透率均随着有效应力的增大而减小，符合负指数型函数关系；随着有效应力的增加，煤层不同方向渗透率衰减率不同，垂直层理方向衰减率最大；煤层渗透率各向异性系数随着有效应力的增大而增大。随着气体压力的不断增加，煤层不同方向渗透率均逐渐减小，符合负指数型函数关系。结合煤层弹性参数各向异性和吸附膨胀变形各向异性特征，对煤层渗透率各向异性演化规律进行了分析，揭示了应力变形和吸附膨胀变形各向异性造成煤层渗透率各向异性程度动态变化的机理。
　　（4）利用渗透张量理论确定了煤层渗透率的主值大小和优势方位。结合煤层裂隙的发育特征，建立了考虑裂隙贯通系数的煤层渗透率张量模型；基于对煤层裂隙的定量观测，利用修正的渗透率张量模型，计算确定了煤层渗透率的主值大小和优势方位。
　　（5）建立了煤层各向异性渗透率演化模型。综合考虑煤层裂隙的结构异性、煤层弹性参数的各向异性和吸附膨胀变形各向异性，基于岩石力学和平板渗流理论，建立了煤层各向异性渗透率演化模型，并将模型与渗透率实验测试结果进行了比较，验证了模型的可靠性，为利用模型进行煤层气产能预测和合理选择煤层气开采方案提供了理论基础。