深井巷道大变形、冲击地压、煤与瓦斯突出、低渗透性瓦斯抽采、坚硬顶板失稳引起强矿压等都是制约煤矿安全高效开采的关键问题,这些关键问题的发生都与高应力环境密切相关。实践证明,通过煤岩体结构改造来改善应力环境,实现应力转移是解决这些问题的有效手段。人工致裂是主动改造煤岩体结构的有效手段,但人工致裂产生的人工裂缝的形态及参数等对于煤岩体结构的改造程度、对应力场环境的改善程度等,将影响到高应力的转移卸压程度。因此,本文采用物理实验、数值模拟、理论计算和现场应用的方法,开展了人工裂化煤岩体的力学特性、应力场改变机制及控制方面的研究,取得以下主要成果:(1)揭示了含人工裂缝煤岩体在不同裂缝参数条件下的力学特征和破坏失稳规律,得出随着裂缝长度、密度的增加或者裂缝角度逐渐接近30°,试块的弹性模量、强度、能量释放也都逐渐降低,Y型裂缝对于试件的宏观破裂更有优势。得出了对煤岩体破坏有显著影响的关键裂缝参数,建立了三轴条件下含人工裂缝煤岩体的损伤方程,计算出了损伤变量,得出了裂缝参数对煤岩体的损伤影响规律,根据人工裂缝对煤岩体的损伤程度,对人工裂缝参数进行了分类。提出了等效损伤材料的生成方法,并且进行了验证。(2)人工裂缝的长度越大、间距越小、组数越多以及角度越接近于30～45°,煤岩宏观破裂的临界应力越低,峰值应力位置转移的越远,应力转移的效果越好。据此建立了宏观应力场改变的力学模型,求出了促使宏观应力改变的临界裂缝参数。(3)人工裂化煤岩体的应力转移过程主要包括以下三个阶段:(1)人工裂缝起裂前,裂缝周边的细观应力会逐渐增加,但峰值应力的位置不会发生移动;(2)随着裂缝的起裂和扩展,峰值应力逐渐增加,卸压区范围呈小幅增大,细观应力场发生改变,但峰值应力位置无明显变化;(3)当裂缝面迅速贯通,煤岩体达到宏观破裂的临界条件时,峰值应力降低,峰值点位置发生明显外移,从而产生宏观应力场的改变。(4)从人工裂化煤岩体的弱结构体特征考虑,提出了基于煤岩裂化弱结构体的应力转移理念,建立弱结构体应力转移力学模型,确定了评价弱结构体应力集中程度的四个指标;对弱结构体条件下影响应力转移的因素进行了分析,确定了人工裂缝参量—损伤变量—应力转移的定量关系。(5)分析了影响水压裂缝扩展和损伤变量的影响因素,得出了随着压裂排量、切槽长度的增加,弱结构体的损伤变量呈线性增加;随着压裂分段间距和切槽角度的增加,弱结构体的损伤变量表现为先增加后减小;分段距离为3 m、切槽角度为30°～45°的双垂直切槽的水力压裂,对弱结构体的损伤变最大;对影响弱结构体损伤的水力压裂参数的敏感性进行分析,得出控制切槽角度、增加切槽长度、增加压裂排量以及增加压裂分段数是提高损伤变量的有效方式;给出了基于损伤变量的水力压裂工艺参数的设计流程和压裂段范围、钻孔间距、钻孔角度、钻孔数量、压裂段数的计算方法。(6)分析了淮北矿业股份有限公司祁南煤矿313工作面在回采过程,底板东翼轨道运输大巷产生动压大变形的机理。提出了水力压裂大巷顶板岩层形成弱结构体卸压的控制方法;对人工裂缝的参数进行了计算,确定了水力压裂的施工方案,并进行了现场实施。现场观测表明,压裂后孔壁出现了明显的裂缝,巷道的变形量明显减小,巷道得到了有效控制。该论文有图112幅,表14个,参考文献168篇。