矿井瓦斯（煤层气）作为一种优质清洁新能源成为社会关注的热点，加快煤矿瓦斯抽采，一方面可有效减少煤矿灾害事故，另一方面可有效开发清洁能源，对社会经济发展具有重要意义。近年来，矿井开采活动向深部不断延伸，瓦斯抽采难度不断增加。水力压裂作为一种提高低渗储层渗透率的技术广泛应用于煤矿瓦斯治理，对提高煤层渗透性和瓦斯抽采量发挥着关键作用。本文以松藻矿区石壕煤矿同一水力压裂钻孔W9联合压裂7#煤层和8#煤层为工程背景，通过理论分析、实验室物理实验、数值模拟等方法研究多煤层联合水力压裂裂隙竞争扩展机制。首先，开展了五层组合煤岩体单轴、三轴压缩物理实验和不同煤层强度比、厚度比，不同流量的多煤层联合水力压裂物理实验；其次，利用RFPA-Flow2D数值模拟软件建立了五层“岩-煤-岩-煤-岩”模型，进行了不同煤层强度比、厚度比，不同流量，不同主应力差的数值模拟试验；最后，现场水力压裂试验验证了多煤层联合水力压裂裂隙竞争扩展，并建立了裂隙竞争扩展的四种模型。主要获得以下结论：
　　（1）揭示了组合煤岩体抗压强度规律和破坏形式特征。组合煤岩体试件的单轴抗压强度比纯煤样略有提高；组合煤岩体试件的三轴抗压强度低于纯煤样试件。组合体试件抗压强度和峰后应力曲线下降斜率随两煤层厚度接近先增大后减小。上、下煤层厚度依次为15mm和55mm是试件抗压强度变化的转折点，该试件抗压强度最大，峰后应力曲线下降斜最大。煤层厚度相差较大时，主要以拉伸破坏为主，随着两煤层厚度接近，破坏形式由单斜面剪切破坏向X共轭斜面剪切破坏发展。两煤层参与破坏的程度不同，煤层越薄、越不容易破坏，两煤层厚度越接近，两煤层破坏程度接近一致，试件破坏程度越严重。
　　（2）研究了水力压裂裂隙竞争扩展的影响因素。多煤层联合水力压裂裂隙存在明显竞争扩展现象。组合体试件的起裂压力低于纯煤样试件的起裂压力。两煤层强度比和厚度比是裂隙竞争扩展的关键因素；煤层强度比为2是裂隙竞争扩展的临界点，煤层强度比大于2时，裂隙只在一个煤层起裂扩展，煤层强度比小于2时，裂隙可在两煤层同时起裂扩展，水力压裂效果较好。裂隙优先在薄煤层中起裂扩展，薄煤层限制了孔隙水压力传播空间，进而促进了裂隙在薄煤层起裂扩展；煤层厚度比越大，水力压裂泵压力“震荡”频率越快，裂隙在薄煤层扩展范围大于厚煤层。主应力差决定着裂隙扩展方向和扩展能力。煤层起裂压力和破坏压力随主应力差减小先增加后呈不变的趋势。
　　（3）水力压裂流量是影响水力压裂效果的重要参量。注入压力变化量受流量控制，流量与注入压力变化量和破裂压力呈正相关；存在合理的流量区间，纯样试件的合理流量不大于60ml/min，裂隙扩展面积随流量增加而增加；组合体试件的合理流量区间不超过80ml/min，裂隙在两煤层均可起裂扩展，并随流量增加，裂隙竞争扩展激烈程度呈增加趋势，对改善水力压裂效果明显，但流量超过合理区间时，大流量会引起高破裂压力，导致裂隙网络单一、压裂扩展面积小、水力压裂效果降低。
　　（4）现场水力压裂试验验证了多煤层联合水力压裂裂隙的竞争扩展，确定了水力压裂有效影响范围为40m左右。对试验结果综合分析，建立裂隙扩展的四种模型；模型Ⅰ：两个煤层裂隙同时扩展，两煤层裂隙的起裂压力和扩展速度及压裂效果差异不明显；模型Ⅱ，裂隙在两煤层交替扩展，裂隙首先在一个煤层起裂扩展，当裂隙扩展不动但又达到另外一个煤层起裂扩展条件，裂隙在一个煤层起裂扩展，两煤层出现交替扩展的模式；模型Ⅲ，裂隙只在一个煤层扩展；模型Ⅳ，裂隙会出现跃层扩展，中间岩层段参与了破坏，裂隙在一个煤层起裂扩展会穿中间岩层段进入到另一个煤层扩展。