全球已进入能源紧缺时代,煤层气作为气体能源家族三大成员之一(其他两种天然气、天然气水合物),其勘探开发日益受到世界各国的重视。我国煤层气资源非常丰富,埋深2000m以上的资源储量为36.8×1012m3约占世界煤层气资源总储量的13%,与常规天然气资源储量相当,是继俄罗斯和加拿大之后的第三大煤层气资源国。煤储层水力压裂技术是煤层气开采中应用得最广泛的一种技术。而煤岩水压裂缝的发生和发展规律的研究,对煤储层水力压裂工艺参数选择有重要的影响。因此,研究煤岩内部裂缝扩展问题,探寻控制水力压裂裂缝扩展的规律,对指导煤储层水力压裂、提高煤层气开采效率有重要的理论依据和实用价值。为了提高煤储层水力压裂的效率,本文对基于无网格法煤岩水力压裂下裂缝扩展模型及实验装置进行研究。本论文在查阅、分析国内外煤储层水力压力技术及其数值模拟、实验分析方法及装置最新研究进展的基础上,结合无网格法在分析裂缝扩展问题中的诸多优势,进行了煤岩水力压裂下裂缝扩展无网格数值分析的深入研究及水力压裂实验装置的详细设计。论文主要对无网格法及应用无网格法进行断裂力学问题求解作了介绍;通过对煤岩水力压裂机理及煤岩破碎形式的分析选择了煤岩断裂准则,并建立了煤岩水压裂缝扩展形态物理模型及数学模型;根据煤岩横向各向同性、纵向各向异性的结构特点提出对煤岩一定厚度的层理进行切片投影并应用矩阵变换将三维裂缝扩展问题转化为二维裂缝扩展问题;采用无网格法对所建立的水压裂缝扩展物理模型及数学模型进行了描述,并用FORTRAN语言编写了程序,进行了实例数值模拟;通过现有实验条件进行了室内物理实验模拟分析,对煤岩水力压裂下裂缝扩展规律进行了阐述,并对基于无网格法的煤岩水力压裂裂缝扩展数值模型进行了初步验证,同时根据理论研究、数值仿真及实验结果分析对实际煤储层水力压裂提出几点理论依据及指导意见;根据物理模拟实验中现有实验条件存在的不足,提出了室内煤岩水力压裂实验装置的设计要求,并根据所提要求对室内煤岩水力压裂实验装置的机械围压加载结构、液压围压加载结、液压系统、构注水系统、注水压力及流量检测电路进行了详细的设计、计算及选型;根据物理模拟实验中现有裂缝检测设备对煤岩水压裂缝检测存在的不足,提出应用超声波无损检测技术进行煤岩裂缝检测,对煤岩裂缝超声波无损检测技术原理进行了介绍,并提出了相应的检测方案。最后,根据本文的理论和实验研究,进行了全文总结,提出研究中主要的创新点,并指出论文研究的局限性,提出文章中需进一步深入研究的内容和思路,并对我国煤层气产业及煤岩水压裂缝规律理论研究、数值模拟及实验分析进行了乐观的展望。