煤系页岩气属于煤系非常规天然气,水力压裂是页岩气储层增透开采核心技术,预制裂缝则是提高水力压裂效果主要手段。预制裂缝作为水力压裂前必要准备,控制预制裂缝发展方向和延伸长度,直接影响页岩气藏增渗改造效果,对气藏形成裂缝网络具有重要意义。因此,深入研究水力压裂作用下煤系页岩预制裂缝起裂与扩展过程,对于煤系页岩气开采具有实际工程价值。论文给出了水力压裂预制裂缝扩展力学模型,分析了预制裂缝扩展影响因素;试验研究了预制裂缝页岩型样试件水力压裂裂缝扩展过程,得到了注水压力与声发射能量信号的变化规律;采用三维预制裂缝试件数值模型,进行了水力压裂模拟研究,验证了Abaqus中扩展有限元方法运用于煤系页岩水力压裂裂缝扩展模拟的可行性;最后,建立了煤系页岩储层三维数值模型,研究了气藏埋深、侧压比、注水速度、渗透率、孔隙率、天然裂缝水力压裂参数对煤系页岩气藏预制裂缝扩展过程的影响。研究表明:注水压力的张性破坏及地应力的剪切破坏,构成了水力压裂裂缝的张剪破坏形式;预制裂缝对减小水力压裂起裂压强影响显著,其直接控制裂缝扩展方向;注水压力对裂缝扩展“楔入”作用具有渐进破坏效应,期间水力压强具有波动性,所得压力变化曲线与前人水力压裂试验得到的水压变化曲线变化规律相似;水力压裂注水速度在0.002~0.020m~3/s范围内,注水速度越大,裂缝扩展长度越长,裂缝所需起裂压力越小,这与前人所得结论一致;渗透率在0.5mD~10mD区间内,气藏渗透率越大裂缝起裂时间越长,起裂压力越大,预制裂缝扩展剪切破坏效应增强而张开破坏效应减弱;裂缝长度随着气藏渗透率的增大,有先增大后减小的趋势,渗透率为5mD时,裂缝扩展最长。