煤矿冲击矿压防治、瓦斯增透抽采、防治煤与瓦斯突出一直是煤炭开采过程的重要问题,煤岩体水力致裂可以弱化煤岩体物理力学性质,是解决以上问题的有效途径。随着技术应用的深入,现场应用中对水力致裂技术提出了更高要求,尤其是水压裂缝起裂和扩展的定向问题,成为技术要点。本文采用物理模拟实验、数值模拟、理论分析和现场试验等方法对岩体预割缝水力致裂水压裂缝的定向起裂进行了研究。运用RFPA2D-FLOW数值模拟软件对岩体预割缝水力致裂围岩应力分布进行了数值模拟研究。研究表明：钻孔孔底开预割缝后,缝尖存在较大的应力集中,周围应力围绕预割缝重新分布；加水压后,随着水压力从0逐渐增大,缝尖压应力逐渐减小,然后变为拉应力,随着拉应力变大至超过材料抗拉强度,裂缝起裂。运用大尺寸真三轴水力致裂实验系统进行了物理模拟研究。首先对钻孔有、无预割缝的水力致裂定向起裂进行了对比研究,研究表明：无预割缝情况下,裂缝一般沿钻孔孔壁起裂,在扩展过程中逐渐转向至与最小主应力垂直的平面。有预割缝情况下,裂缝一般沿钻孔孔壁和预割缝同时起裂,在扩展过程中受到围压、水压力的共同影响,裂缝扩展呈曲折的阶梯、不整合形态。对钻孔孔壁与预割缝起裂优先级判定的物理模拟研究表明：预割缝长度在2倍孔径以内,预割缝起裂优先级较低,裂缝一般同时沿预割缝和钻孔起裂；预割缝长度在2倍～7倍孔径之间,预割缝起裂优先级逐渐增大；预割缝长度在7倍孔径以上,预割缝起裂优先级较高,裂缝基本全部沿预割缝起裂。基于弹性力学的裂缝定向起裂理论研究,结合物理模拟结果,将预割缝看成椭圆型裂缝考虑,求得了沿预割缝和钻孔孔壁起裂的起裂压力计算公式,通过计算比较确定了裂缝沿钻孔和预割缝起裂的优先级。在圆形预割缝上存在两个对称的扇形起裂优先级最高,钻孔起裂优先级次之,扇形大小与围压情况、钻孔方位、预割缝长度有关。在某些极限情况下两个扇形有可能组成整个圆,此时裂缝完全沿预割缝起裂。结合现场预割缝水力致裂定向起裂试验,有以下经验总结：现场定向水力致裂,应尽量避免钻孔平行最大主应力方向设计,尽量平行最小、中间主应力方向布置。预割缝长度以5～10倍的致裂孔直径为宜,太小则定向效果不明显,太大会造成施工成本的增加。