韩城区块煤层以碎软煤层为主,具有地质构造复杂及构造煤发育等特征。直接在碎软煤层射孔压裂,会在压裂改造和煤层气排采过程中产生煤粉,煤粉伴随煤层气的运移会在孔喉处聚集,堵塞支撑裂缝及孔喉,导致泵压过高,发生故障,现场施工停滞,从而降低储层压裂改造效率,增加施工作业成本,缩短气井稳产期,降低煤层气产量,严重影响煤层气的开采效益。结合现场压裂施工,分析其关键在于碎软煤层机械强度低,结构破碎,压裂液向煤层中的天然裂缝大量滤失,对水力裂缝扩展贡献不大。从而在井筒附近形成短粗缝,难以形成沟通范围较广的主裂缝,且易发生砂堵现象。因此,煤层顶板水平井间接压裂技术被提出并成功进行了现场试验。然而,其裂缝扩展规律以及段间距和簇间距的优化是制约该技术进行大规模推广应用的关键重要问题。本文以韩城区块5#碎软煤层为研究对象,进行室内实验测得弹性模量、泊松比、抗压强度和断裂韧性等岩石力学参数,基于所测力学参数开展大尺寸真三轴水力压裂物理模拟实验,探究裂缝在顶板及煤层中的起裂与扩展规律。基于流固耦合理论和Cohesive单元模型,建立三维煤层顶板水平井压裂数值模型,分析地质因素(层间最小水平主应力差和煤层渗透率)和施工因素(压裂液排量、粘度和射孔位置)对水力裂缝扩展规律的影响,并在此基础上开展了煤层顶板水平井压裂簇间距优化研究。研究结果表明:韩城区块5#碎软煤层顶板压裂后形成以垂直裂缝为主的士型缝,垂直裂缝是士型裂缝的主要贡献裂缝。层间最小水平主应力差为2MPa时,士型缝延伸扩展最为充分。存在某一临界压裂液排量,使得水力裂缝形态变成士型缝,继续提高压裂液排量,主要促进界面处水平裂缝的扩展,上部水平裂缝缝高和缝长明显增大。随着压裂液粘度不断增加,煤层垂直裂缝缝高呈现先增加后减小的趋势,在压裂液粘度为15m Pa·s时,煤储层垂直裂缝沟通改造效果最优。最佳射孔位置宜选择在距界面以上2.5m处。簇间距为30m时,同一压裂段内水力裂缝扩展沟通改造最优。本研究可为韩城区块碎软煤层顶板水平井分段分簇压裂的方案设计和施工参数优化提供理论依据。