本文以煤矿坚硬难垮顶板水力压裂裂缝扩展为研究对象，采用理论分析、实验室试验、数值模拟、井下监测及试验相结合的方法，对坚硬难垮顶板水力裂缝扩展的机理及其应用进行了深入、详细的研究。　　论文主要研究内容包括:(1)采用弹性理论和断裂理论分析坚硬岩层常规钻孔水力压裂裂缝开裂与扩展过程，并分析水力裂缝扩展压力较高的原因;(2)采用数值方法分析钻孔横向切槽在水力压裂中的作用，并通过井下试验进行验证;(3)选择典型坚硬难垮顶板矿井，开展坚硬难垮顶板水力压裂裂缝扩展的井下试验，分析裂缝的开裂与扩展特点;(4)在晋城王台铺煤矿进行坚硬顶板水力压裂技术井下试验，监测工作面煤体应力及顶板垮落情况，检验研究成果的合理性。　　通过研究得到以下主要结论:(1)地应力的大小、方向和类型是水力压裂钻孔参数设计的基础;针对不同的地应力场类型，合理设置钻孔参数可使裂缝开裂所需压力为最小值;(2)定义水力裂缝扩展影响因子D=(P-σ1)/(σ1-σ3)。当裂缝开裂所需的压力P远大于地应力时，地应力对裂缝扩展的影响较小，裂缝扩展近似表现为自相似扩展;(3)在常规水力压裂过程中，钻孔初始开裂时产生的裂缝大多接近于纵向裂缝，此类裂缝的扩展往往会导致压裂作业的失败;(4)地应力场类型的不同时，水压对有横向切槽及钻孔周围的应力状态和影响范围均不同。水力压裂过程中，随着水压的不断增大，横向切槽端部产生拉应力集中，裂缝在切槽尖端处优先开裂并向远处扩展，对封孔、定向压裂和降低开裂压力有一定的作用;(5)在坚硬难垮顶板水力压裂试验中，由于受岩层均匀性、渗透性、地应力场、岩层结构面等因素的影响，压力变化呈现出多种形态;对钻孔进行分段逐次压裂时，随着压裂段与孔口距离的增大，裂缝开裂和扩展所需的压力也相应增大，采用分段逐次压裂可有效弱化顶板岩层;(6)在水力压裂前后，受水压与裂缝扩展的影响，压裂钻孔附近煤层中的主应力增量值、倾角和方位角一般均会出现突变。压裂结束后，主应力增量得到恢复，但与压裂前相比，主应力增量均有下降趋势，水力压裂可改变煤层的应力状态;(7)王台铺煤矿坚硬难垮顶板水力压裂现场应用表明，水力裂缝可在顶板岩层中大范围扩展，从而有效弱化顶板岩层，破坏顶板的完整性，使其能够随着工作面的推进而及时垮落，与爆破控顶相比，水力压裂控顶具有费用低，安全性高，施工速度快等特点。