煤矿中的坚硬厚煤层综放开采、坚硬顶板控制、冲击矿压、低渗透性煤层瓦斯抽采、煤与瓦斯突出等问题一直以来严重影响着矿井的安全生产。煤岩体定向水力致裂技术是解决这些问题的有效措施之一。水压裂缝的扩展是水力致裂的重要研究内容。本文采用物理实验、理论分析、数值模拟等方法对定向起裂后水压裂缝的转向扩展问题进行了研究。应用大尺寸真三轴水力致裂实验系统以及RFPA3D-Flow数值模拟软件进行了定向水力致裂水压裂缝的转向扩展基本规律研究。结果表明:在定向水力致裂过程中,水压裂缝一般能够沿预割缝边缘起裂,但是起裂方向往往与预割缝所在的平面有一定的夹角。水压裂缝沿预割缝边缘起裂后,其扩展方向会慢慢朝着最大主应力1σ所在的方向旋转,最终旋转到与最大主应力平行的方向,之后其扩展方向基本保持不变。水压裂缝转向扩展的快慢与距离决定了定向水力致裂水压裂缝的有效扩展范围,进而影响煤岩体结构定向改造的效果。基于水压裂缝转向扩展基本规律的物理实验和数值模拟研究,采用最大拉应力准则,提出了水压裂缝转向扩展的宏、细观概念模型,建立了水压裂缝转向扩展的力学模型。水压裂缝的转向扩展可以看作是以下过程:在裂缝尖端局部应力场的作用下,裂缝前沿周围会产生拉应力。在裂缝前沿不同的方位,拉应力的大小不同,拉应力在某一特定的方位达到最大值,该最大拉应力所在的方位即微裂纹产生和扩展的方位,也就是宏观水压裂缝下一步的扩展方向。分析得出,裂缝的转向扩展受到缝尖水压力、主应力差、水压裂缝方位角等因素的影响。选择了预割缝长度、主应力差、致裂排量以及预割缝数目四个因素进行物理实验和数值模拟,研究了它们对水压裂缝转向扩展结果的影响。在单割缝定向水力致裂中,主应力差对水压裂缝的起裂和转向的影响程度最大,预割缝深度次之,致裂排量的影响程度最小。在多割缝定向水力致裂中,沿不同预割缝边缘起裂的转向裂缝之间没有相互贯通,而是沿相反的方向朝最大主应力的方向进行旋转,转向扩展过程相对独立,与单割缝定向水力致裂中转向裂缝的扩展规律基本一致。在定向水力致裂的现场应用中,应根据工程问题的具体特征,合理设计钻孔方位、间距、预割缝深度、数目以及致裂工艺参数,从而使定向水力致裂的效果能最大程度满足工程需要。