低渗煤层如何增加煤层渗透率已成为制约煤矿瓦斯抽采的瓶颈。近些年水力压裂增渗技术已经成为了一种大面积增加煤层渗透性的区域性措施。前人对水力压裂的研究主要着重于水力压裂工艺的优化,针对水力压裂过程中煤层应力传递规律缺乏对应的理论支撑与实践经验。为此,以大型油气田及煤层气开发国家科技重大专项课题“难抽煤层井下增渗关键技术及应用”为依托,以重庆渝新能源有限责任公司石壕为现场试验点,探究煤层水力压裂过程中的应力演化机制,及伴随着应力演化过程的裂隙延伸规律,并确定煤层水力压裂影响范围,研究结果有助于进一步优化水力压裂工艺,丰富水力压裂效果评价体系。本文采用理论分析、数值模拟、实验室物理实验及现场试验的方法,探究煤层水力压裂过程中应力演化规律及裂隙延伸规律,建立了煤层水力压裂过程中应力传递及裂隙延伸关系模型,根据模型反演现场水力压裂过程中的裂隙分布并确定压裂影响范围,通过微震监测、瞬变电磁监测、压裂前后含水率及瓦斯抽采测试对压裂范围有效性进行验证。主要研究结论如下:(1)煤层水力压裂应力演化理论。阐述了煤层原始地应力的分布规律,利用空心包体应力解除法布置了4个原始地应力测试孔测得石壕煤矿的原始地应力,以此为基础分析得到了原始地应力的分布规律;分析了压裂孔周围应力变化规律,以弹塑性力学模型为基础,推导了煤层钻孔周围塑性圈应力分布并计算了塑性圈位移,得到了塑性圈的扩展是煤层水力压裂裂隙扩展的主要原因;总结了煤层应力场对裂隙的影响规律,从不同角度分析总结了煤层应力场对裂隙的影响,并以此为基础得到不同应力条件下损伤局部化带的尺寸,利用数值统计解求得简化复杂因素条件下的裂隙长度。(2)煤层水力压裂应力演化实验研究。水力压裂过程中应力以煤样为介质进行传递,传递过程中受原始裂隙、煤样密度等因素影响。通过实验室大型水力压裂物理实验可知:围压加载过程与水力压裂过程中煤层受力不同,二者均可通过煤样进行应力传递且应力传递效应越来越弱,但水力压裂过程中应力增幅大于围压加载时,这是由于所受应力不同导致。通过在煤样不同位置布置应力传感器,利用测得的应力数据结合压裂进程中不同时刻的应力变化总结了煤层水力压裂过程中应力时空演化机制。通过本次实验可知,利用大型物理模拟实验模拟现场条件探究煤层压裂过程的应力传递规律的探究是可行且有效的,可以为现场水力压裂工程提供科学指导。(3)基于煤层水力压裂裂隙延伸的应力演化实验研究。利用实验室实验确定煤层水力压裂过程中的宏观裂隙分布,基于此通过数学统计方法建立了煤层水力压裂过程中应力演化与裂隙延伸的关系模型,此模型阐述了煤层水力压裂应力演化和裂隙延伸的定量关系,将水力压裂过程中煤层应力演化与裂隙延伸进行了有机的结合,实现了通过数学的方法利用应力确定煤层水力压裂的影响范围,补充了水力压裂效果评价体系。(4)煤层水力压裂应力演化机制的工程应用。设计应力测试现场试验,以建立的数学模型为基础利用测得的煤层应力数据反演水力压裂过程中裂隙延伸区域,确定水力压裂范围。结果表明:此次水力压裂影响范围为40m。通过压裂后煤层应力卸载周期确定煤层开采时的应力条件。结果表明:由于水力压裂引起的煤层应力集中已经完全卸压,不会对后期的煤层开采造成影响。根据第4章得到的应力演化与裂隙延伸模型确定本次试验的压裂影响范围,通过微震测试、瞬变电磁测试、压裂前后含水率及瓦斯抽采量的测试共同验证影响范围的有效性,验证结果表明此模型可以为现场水力压裂效果评价服务。