超临界CO₂（SC-CO₂）压裂技术作为一项环保的无水压裂开采技术,在煤炭资源安全开采过程中,引发了越来越多的关注。利用SC-CO₂压裂煤体不仅能够改变煤体的裂隙结构,而且可以达到地质封存CO₂的目的,具有重要的现实意义与应用前景。目前,SC-CO₂压裂技术已经在非常规油气资源开采领域进行过初步探索,但整体处于起步阶段,关于SC-CO₂压裂过程中的相态变化、裂缝扩展规律、复杂裂缝形成机理、压裂效果评估等内容还没有研究清楚,亟待进一步研究。本文围绕煤体压裂改造的主题,采用现场调研、实验室试验、理论分析、数值模拟、人工智能等手段,研究了SC-CO₂压裂的分阶段致裂过程及其裂缝形成机制,得到了SC-CO₂压裂煤体的裂缝扩展规律,建立了考虑SC-CO₂流体低增压速率和高扩散能力的裂缝起裂准则,提出了SC-CO₂压裂的分阶段数值模拟方法,构建了SC-CO₂压裂效果的混合人工智能预测模型,并给出了基于智能模型的SC-CO₂压裂工程设计方法。论文取得了如下主要创新性成果:（1）系统研究了SC-CO₂压裂煤体的“射流冲击+相变膨胀”分阶段致裂原理,给出了CO₂相变致裂阶段的爆裂能量估算公式,分析了温度场-渗流场-应力场耦合作用下SC-CO₂压裂煤体的压力-时间演化规律与裂缝展布形态,揭示了SC-CO₂压裂煤体的复杂裂缝形成机制。（2）研究了SC-CO₂在压裂钻孔中的增压速率和钻孔围岩中的孔隙压力变化规律,建立了考虑SC-CO₂流体低增压速率和高扩散能力的裂缝起裂准则,给出了SC-CO₂压裂起裂压力及起裂时间的计算流程,构建了SC-CO₂裂缝与天然裂缝相交前后剪切滑移量的定量分析方法。（3）提出了SC-CO₂压裂的“流固耦合-相变当量”分阶段数值模拟方法,得到了地应力、注入速率等关键参数对SC-CO₂压裂裂缝扩展的影响规律,定量分析了SC-CO₂压裂阶段和CO₂相变致裂阶段的压裂效果,揭示了相邻压裂钻孔间相向裂缝的扩展路径与动态扩展相互作用机制。（4）构建了集成支持向量机、灰狼优化算法、差分进化算法的SC-CO₂压裂效果的混合人工智能预测模型,验证了DGWO-SVM混合人工智能模型的精确度,提出了基于混合智能模型的SC-CO₂压裂工程设计方法与流程,并结合典型矿井工况条件进行了压裂方案设计。该论文有图99幅,表14个,参考文献203篇。