煤层气是煤在地质历史演变过程中在煤岩内部形成的非常规天然气,是一种清洁而有优质的能源,在工业燃料、发电燃料、化工原料和居民生活燃料等方面得到广泛应用。水力压裂是煤层气开采的主要技术手段,煤层气井压裂煤岩体裂缝演化与常规岩体压裂单一裂缝的扩展具有很大的差别。准确地描述煤层气井水力压裂煤岩体的变形特性与煤岩层裂缝的演化规律对开展煤岩层渗透特性研究及解决煤层气的开采技术难题具有重要的价值。本文以煤岩体的地质特征与天然裂缝的分布特性为切入点,提出了基于分形混沌理论研究煤层气井压裂裂缝的演化规律,研究水力压裂过程煤岩体的孔隙与微裂缝动态分形损伤演化特征,建立水力压裂煤岩体裂缝演化混沌的特性。本文主要研究工作体现在以下几个方面：首先,考虑了煤层特殊的孔隙系统和裂隙系统征,提出基于分形理论描述煤岩层复杂的孔裂隙系统,建立了煤岩层孔裂隙系统的分形描述方法,对煤岩层割理运用盒维数方法测定其分维数；对外生裂隙运用L-系统进行形态上耦合描述,反推其分行维数。为后续裂缝的混沌特征研究提供可靠的理论基础与科学依据。其次,基于分形理论建立煤层气井井眼围岩的损伤力学模型,得出了井眼围岩力学分布的规律,给出了井眼围岩不同区域的分形损伤特征。再次,基于突变理论与能量守恒原理建立了煤层气井压裂煤岩体损伤破裂与裂缝分形演化模型,得到了煤岩体破裂与裂缝扩展演化的标准形式。在此基础上,计算分析了煤岩体突变分形损伤演化规律。研究了煤岩体压裂裂缝演化系统相空间重构的方法,确定了相空间重构的两个参数：延迟时间与嵌入维数,为分析裂缝演化的混沌特征奠定基础。最后引入了煤岩体压裂裂缝演化系统混沌特征量：关联维数、最大Lyapunov指数和Kolmogorov熵,通过计算裂缝数目,尖端径向应力以及尖端周向应力的关联维数、最大Lyapunov指数和Kolmogorov熵,判别裂缝演化的混沌特征,计算结果表明基于分形理论的裂缝演化行为具有混沌特征。总之,本文基于混沌理论对煤层气井压裂裂缝的演化规律研究,在国内外属前沿课题,具有重要的学术价值和理论意义。论文基于非线性动力学方法揭示煤层气井水力压裂裂缝演化的根本内涵,对了解和认识煤层气井压裂后裂缝系统展布和煤层气的高效开采均提供了可靠的科学依据,研究成果对于国内外煤层气资源的开发及煤矿井下瓦斯抽放具有一定的指导作用和现实意义。