近年来,煤矿井下水力压裂增透抽采煤层气(瓦斯)技术得到初步应用,取得较好效果;钻孔密封是水力压裂技术的关键,直接关系到后续压裂增透措施能否顺利实施。但目前所采用的水力压裂封孔材料存在易收缩、密封效果差、成本高及封孔长度不合理等问题,导致封孔材料与压裂管和煤岩体的密封粘结质量难以保证而出现渗漏水现象,直接影响了卸压增透效果。因此,开展煤矿井下水力压裂封孔材料自身物性、力学性质及封孔参数优化研究,提高封孔质量和封孔效率,节约生产成本和避免封孔盲目性,对煤层气抽采和煤矿安全生产都具有十分重要的意义。本文采用理论与实验相结合的方法,建立了煤矿井下水力压裂封孔力学模型,分析了封孔材料与煤岩体和压裂管粘结参数、封孔材料力学性质、封孔参数(钻孔直径、封孔长度)对封孔材料承压能力的影响;优选了封孔材料,建立了封孔长度计算模型,最后通过现场试验对研究结果进行验证分析。主要研究结果如下:①基于煤矿井下水力压裂钻孔密封原理,建立了封孔力学模型,推导了封孔材料能承受的最大水压与封孔材料与煤岩体和压裂管界面粘结参数、封孔材料力学性质(强度、弹性模量)、封孔参数(钻孔直径、封孔长度)之间的关系表达式;封孔材料能承受的最大水压随封孔材料强度、弹性模量以及封孔长度的增大而增大,当封孔长度达到一定数值后,其长度的增加对封孔材料承水压力的提高作用不大。②根据压裂钻孔密封对封孔材料的性能要求,研制了由水泥、早强减水剂、聚丙烯纤维拌合水组成的新型封孔材料;并通过抗压强度和收缩率实验,优选出了配比范围;高压密封性能测试和材料力学性质、成本分析表明:该材料兼顾了性能与成本,更适用于煤矿井下水力压裂钻孔密封;基于材料承压能力与封孔影响因素的表达式得到了封孔长度的计算公式,建立了密封条件、抽采条件下压裂孔封孔长度计算模型,为现场封孔长度的设计提供依据。③优化了煤矿井下水力压裂封孔工艺,基于封孔长度计算模型设计了重庆某矿水力压裂试验区压裂钻孔的封孔长度;现场工业试验表明:该材料的强度和承压能力均达到要求,运用封孔长度计算模型设计的封孔长度进行封孔,压裂施工时密封效果良好,验证了封孔长度计算模型的工程适用性。