提高煤储层的瓦斯抽采率有助于地下煤矿瓦斯灾害控制，温室气体减排和清洁能源供应。针对难以实行保护层开采或卸压增透效果不明显的低渗透性煤层，采用钻孔卸压抽采瓦斯不能高效地消除其煤与瓦斯突出倾向性。低渗煤储层往往需要进行人工致裂增透。水力压裂或水压致裂是地应力测量、常规与非常规油气、地热储层和部分盐类矿床开采依赖的关键增透技术之一，也已试验或局部应用于煤矿井下低渗煤储层致裂增透。致裂煤层的目的是加速促使煤体破裂、卸压，增加煤体裂隙的数量和联通性，促进瓦斯解吸渗流。然而，水压致裂并未在煤矿井下低渗煤储层增透领域全面商业化推广应用，除了部分松软煤层不可致裂或致裂效果不佳，关键在于现有技术形成的裂缝过于简单，易产生增透盲区。鉴于水压致裂增透煤层一直存在致裂的有效性不足、耗水量大、采抽工期长等瓶颈，新型致裂技术短期内又难以全面推广，持续研究煤储层致裂时复杂裂缝的产出机制和高效致裂、采抽工艺十分必要。　　论文面向矿业工程领域亟待解决的低渗煤储层体积致裂增透问题，采用基于尺度律的模型实验研究宏观主裂缝或裂缝网络的产出规律;基于CT技术的原煤压裂实验和理论分析，探讨了煤储层水压致裂的复杂裂缝产出机制，分析了应力阴影对裂缝扩展的影响，获得了主裂缝或主裂缝网络周围分支裂缝或次级裂缝的扩展规律;通过显微光谱、岩芯渗流实验和细观孔隙分布测定，获得了低温冷冻条件下水力相变致裂后次级裂缝以下的煤体细微观孔隙破裂规律。系统地总结突出煤层致裂的工业试验和应用面临的问题，提取关键科学问题和工程应用场景，围绕水力致裂的关键科学问题和工程需求，探讨解决从宏观到细观再到部分微观的煤岩体断裂力学行为，实现煤储层体积致裂增透。主要成果如下:　　①研究了考虑顶底岩层影响的切槽导向压裂、重复导向压裂和非对称导向压裂的裂缝扩展规律，分析了同时注入方式对导向压裂的影响，提出了非对称压裂的技术理念。结果表明，顶底岩层与煤层存在强度差异，由于顶底岩层的约束水压裂缝通常会在煤层及其与顶底岩层的界面扩展;导向压裂时水压裂缝优先沿导向槽方位启裂与扩展;重复导向压裂不仅开启了原本闭合的裂缝，而且还将裂缝向前继续扩展了一定长度;重复导向压裂能否产出复杂裂缝与储层的天然裂缝的发育程度和水平地应力比息息相关;非对称导向压裂能解除同时注入导致的孔周应力干扰和裂缝间应力阴影，在天然裂隙发育的地层中施工重复导向压裂和非对称导向压裂有明显优势。　　②研制了一款可模拟≤39.5MPa地应力条件的真三轴压裂实验装置，并采用这款装置研究了变排量重复压裂煤体时水压裂缝的启裂、扩展机制;分析了应力阴影对裂缝传播的影响，筛选获得了构建复杂缝网的泵注方式;获得了水压致裂煤体时Ⅰ-Ⅱ型复合裂纹启裂判据。水力裂缝尖端可能存在的弹塑性区和应力阴影显著影响裂缝的启裂和扩展，煤体的Ⅰ-Ⅱ型复合断裂韧度受地应力条件、瓦斯和水的影响。煤岩体脆性越高其断裂能量传递的效率越高，裂缝附近的应力阴影效应越明显，从而促进位错支撑缝（剪切缝）产出。地应力条件对松软煤层水压裂缝的控制作用弱于中高强度煤岩体，滤失量是影响煤体压裂有效性的重要因素。　　③研究了不同含水状态和节理裂隙系统煤样的渗透率演化和细微观破裂行为。根据煤岩体的基本物性参数和非均质性表征结果，探讨了以液氮为冷冻剂的低温水力相变致裂过程中细微观孔隙尺寸变化;揭示了液氮低温冷冻条件下水力相变致裂低渗煤岩体的细微观破裂行为和孔隙破裂顺序的关系，以及与不同含水状态和不同孔隙结构煤体的宏观固流耦合特征。结果表明，煤的增透和微破裂倾向于发生在含水率较高的煤样中，致密煤样的增透效果更显著。然而，煤体渗透率的增长并不严格随低温冷冻致裂次数的增加而增加，而是与煤的含水状态、节理裂隙系统、冷冻致裂效果和孔隙压缩程度密切相关。煤的细微观破裂行为表明，较小的孔隙反复地发生不连续破裂后连通性增强;煤的渗透率变化与这些孔隙微破裂行为具有极大的相关关系，特别是第一轮低温冷冻的致裂作用最显著。　　④水压致裂在重庆南桐煤矿取得了良好效果，已在石门揭煤工程全面推广，瓦斯灾害得到了有效控制;但也存在一些地质因素、封孔和机械装备等因素影响压裂施工。实践表明，水压致裂增透煤层的影响范围远大于单独的水力割缝;研究区域石门揭煤压裂的耗水量是穿层条带钻孔的8倍;压裂泵注量与瓦斯抽采浓度没有相关关系，表明水压裂缝具有特定的展布特点，致裂作用并不随泵注量的增加而增大。因此，采用本文研究的重复导向压裂和非对称导向压裂或许是解决压裂有效性的重要思路。重复压裂在南桐煤矿具有很好的实践基础，回采观测表明重复压裂破坏了大部分构造发育的顶底岩层，产出了积极的压裂效果。　　⑤根据现场需求探讨了将导向水压致裂与低温水力相变致裂联合的致裂技术方案;研创了针对松软煤层连续冲击的高效钻进工艺，并进行了具体钻进流程和技术装备研制的概念性设计。