我国70%以上的煤矿是高瓦斯矿井，煤层赋存条件复杂，瓦斯含量高、压力大、煤层透气性低，此类条件煤矿瓦斯治理是世界性难题。近年来，随着煤矿开采不断向深部迈进，煤层透气性越来越低，如何大幅度增强煤层透气性是实现煤矿井下瓦斯高效抽采和保障煤炭安全生产的关键。目前，水力压裂技术在煤矿井下瓦斯抽采中取得了一定的应用效果，但在现场施工中也出现裂缝无序扩展，造成抽采空白带，且对煤层顶底板破坏严重，均为后续煤炭开采埋下隐患。
　　针对上述难题，作者基于研究团队对水射流割缝破煤岩理论及水力压裂技术研究的基础上，创新性的提出了煤矿井下割缝复合水力压裂增强煤层透气性的新方法。本文采用理论分析、数值模拟、实验室及现场试验的方法，对射流割缝复合压裂裂缝导向扩展机理、射流割缝复合压裂增透机理、压裂过程瓦斯运移机理及割缝复合压裂技术工艺进行了研究，取得的主要成果有：
　　①创新性的提出了煤矿井下割缝复合水力压裂增强煤层透气性的新方法，即：在煤层顶、底巷中合理布置钻孔，采用水射流对煤层进行割缝卸压，然后根据压裂控制范围，选择部分孔作为压裂孔，其他割缝孔作为导向孔实施水力压裂。该方法综合了射流割缝技术和水力压裂技术的优点，射流割缝后有利于裂缝的起裂和有序扩展，一方面可以大幅提高压裂范围，另一方面可降低水力压裂所需泵压，减少对煤层顶底板的破坏。
　　②揭示了射流割缝复合压裂裂缝扩展机理。以弹塑性断裂力学及煤岩力学结构特性为基础，结合射流割缝缝槽周围应力分析，建立了非均质煤岩水压裂缝卸压扩展模型。利用RFPA2D-Flow数值模拟软件分析了割缝缝槽卸压带裂隙分布范围，得到割缝卸压压裂裂缝扩展规律，并进一步分析了相邻缝槽对水压裂缝扩展及导向规律的影响，得到了地应力差、煤层倾角、煤岩性质对割缝复合压裂效果的影响规律。
　　③揭示了射流割缝复合压裂瓦斯运移机理。对复合压裂形成的复杂裂缝进行简化，通过对概念性模型的改进，建立了复合压裂复杂裂缝等效渗流模型。基于水驱气机理，分析了水力压裂过程中瓦斯运移规律，以此预测了瓦斯富集区的存在，并建立其位置模型。开展了割缝复合压裂现场实验，通过对压裂后煤层含水率、瓦斯含量变化及观测孔返水情况，对射流割缝复合压裂瓦斯运移规律进行验证，结果表明：复合压裂的改造区域存在瓦斯减少区、瓦斯富集区，瓦斯富集带存在于压裂孔中心30~50m的椭圆内。
　　④开展了射流割缝复合压裂现场试验研究。根据煤矿井下环境及现有设备情况，研制了煤矿井下射流割缝复合压裂配套装备，设计了射流割缝复合压裂工艺流程，并建立水力系统参数计算模型。现场对比实验表明，复合压裂相比普通钻孔瓦斯抽放纯量提高了11.8倍，抽放浓度提高了2.12倍；相比常规压裂工艺瓦斯抽放纯量提高了7.58倍，抽放浓度提高了1.79倍。分析得出，在待压裂煤层中实施射流割缝能够诱发复杂的裂缝扩展，并对主裂纹沿煤层扩展具有导向作用，实现了煤体的大范围、均衡致裂及煤矿井下瓦斯的高效抽采。
　　本文的研究成果可作为非均质煤岩渗流损伤断裂力学理论的补充，并有助于创新水力压裂技术在煤矿井下的应用。