煤矿井下瓦斯抽采是防治煤与瓦斯突出、避免回采瓦斯超限和减轻矿井通风压力的根本举措,煤储层渗透率是决定瓦斯抽采的关键因素,如何提高煤储层渗透率已成为煤矿瓦斯抽采的重要研究内容之一。　　未卸压状态下的煤层瓦斯抽采完全取决于煤层原始渗透率,目前提高低渗煤储层抽采效果主要依靠缩短钻孔间距、加大钻孔直径、增加钻探工程量、延长抽采时间、采用各种水力化措施,但抽采效果并不理想,实现区域消突困难较大,往往以极大的工程量为代价换取有限的瓦斯抽采效果。未卸压状态下的煤储层增透已成为煤矿井下瓦斯抽采亟待解决的问题,把地面煤层气井水力压裂增透技术移植到煤矿井下,实现在未卸压下的煤储层增透是本论文的主旨。　　通过声波速度测试、分形维数统计和引入岩体力学 GSI的煤体结构定量表征对比,根据表征参数与渗透率的关系及参数的获取难易,优选出 GSI指标是煤体结构最佳的定量表征方法。并以此为基础建立了煤储层渗透率预测模型和非完整煤体力学性质的获取方法。根据煤体变形的控制因素,建立了基于强度因子和分形维数两个指标为判断依据的煤体结构空间展布预测模型,为井下钻孔水力压裂的层位选择和工艺指明了方向,也对地面煤层气开发实现“一区一策”和“一井一法”提供了重要参考。　　以启动压力梯度测试为基础,揭示了瓦斯运移产出不仅存在线性渗流,而且存在非线性渗流(带启动压力梯度)和扩散两种流态。通过压汞实验和瓦斯自然解吸两种手段,证实GSI>45与GSI<45的煤储层孔径分布存在明显差别,后者孔隙结构呈现“双峰”特点。以启动压力梯度和煤储层孔径分布为依据,建立了基于启动压力梯度和双直径球型孔隙的瓦斯运移产出的本构方程,即低速非线性渗流和两级扩散模型,为井下钻孔水力压裂工艺选择提供了理论基础。　　依据声波速度和渗透率两个指标挑选了两组平行煤样,在声发射监控下测试煤样渗透率随应力应变的变化趋势,并在不同阶段读取煤样的 GSI值,按照时间对每组平行煤样的实验数据(声发射、应力应变、渗透率和GSI)进行全程对接,最终建立了应力应变—煤体结构—渗透率耦合关系。根据煤储层渗透率—GSI和雷诺数Re—渗透率关系,建立了煤体结构GSI与雷诺数关系模型,依据线性渗流—非线性渗流—扩散三种流态的雷诺数分界点,得到不同流态的煤体结构 GSI的分界点。水力压裂在于改变GSI,促使瓦斯流态从扩散→非线性渗流(带启动压力梯度)→线性渗流,因此流态的改变是井下钻孔水力压裂增透的机理所在。　　在水力压裂多重效应方面,通过煤样浸水前后启动压力梯度、渗透率和瓦斯放散初速度对比实验,查明了煤层注水抑制瓦斯涌出的机理在于增加了煤储层的启动压力梯度。通过不同含水饱和度煤样力学性质测试,得到“硬煤”遇水力学强度降低;依据粉体力学理论说明了“软煤”遇水力学性质改善,同时水力压裂还可以起到均一化瓦斯压力场和地应力场的作用,对减小冲击地压和瓦斯突出也有重要意义。　　通过二氧化氯与煤作用前后等温吸附实验和地面煤层气井实践验证,查明二氧化氯的表面改性作用降低了煤对甲烷的吸附能力。以二氧化氯与煤芯作用前后渗透率对比实验和显微镜下煤表面经二氧化氯的蚀刻观测,说明二氧化氯对煤储层化学增透作用明显。通过胍胶对煤吸附常数和放散初速度的影响、胍胶伤害及二氧化氯解除伤害实验,建立了基于二氧化氯的井下钻孔水力压裂压裂液体系。　　通过煤体结构定量表征参数 GSI的引入,对煤储层抗拉强度、破裂压力、滤失系数和压裂半径等参数进行了优化,为不同煤体结构采取相应的施工参数提供了计算模型。初步形成了压裂效果评价的方法。　　通过鹤壁中泰矿业公司和阳泉寺家庄矿井下多次水力压裂现场试验的验证,最终形成了基于煤体结构的钻孔布置、封孔工艺、泵注程序、效果检验为一体的煤矿进行水力压裂工艺,实现了水力压裂的“增透、抑制瓦斯涌出、平衡应力场、平衡压力场、改变煤体强度和降尘”六重目的,为此工艺的工程化应用奠定了理论和工艺基础。