钻孔瓦斯抽采是矿井瓦斯治理的重要技术之一,应用广泛。松软煤层因其自身强度低、稳定性差,加之开采和打钻等外界扰动,抽采钻孔成孔退钻后密封段孔口极易塌孔闭合,导致钻孔无法密封。此外,密封段应力集中区变形失稳使其孔周煤体裂隙进一步发育,为外界空气流入抽采管路提供了通道,从而造成松软煤层钻孔瓦斯抽采浓度低,抽采效果不理想,给矿井生产埋下隐患。本文考虑时间效应的影响,研究松软煤层瓦斯抽采钻孔密封段的失稳机理及其失稳漏气机制,据此,提出了新型加固密封技术并研制了相应新型密封材料,最后将其用于松软煤层瓦斯抽采钻孔加固密封现场试验。论文主要研究工作如下:(1)分析求解了时间效应下松软煤层钻孔密封段孔周煤体应力特征及其失稳机理,利用YYL200电子持久蠕变试验机开展了不同充填条件下含孔试样的分级加载蠕变试验,反演出广义开尔文模型下的蠕变试验参数,得到瞬时弹性模量E1、极限蠕变变形模量E2以及黏性系数η与应力水平和充填材料之间的变化规律。结果表明,合理解决松软煤层钻孔密封段孔口易塌孔、应力集中易失稳的问题,不仅需要一种新型密封技术,更需要一种抗压抗变形的优良密封材料。(2)分析归纳了煤层钻孔漏气情况,针对松软煤层钻孔密封段漏气问题,建立考虑时间效应的钻孔密封段漏气模型,求解考虑时间效应下的钻孔密封段漏气量。据此,自主设计搭建了瓦斯抽采漏气试验平台及漏气位置检测系统和钻孔衰减检测装置,开展了松软煤层瓦斯抽采物理模拟试验,并对松软煤层抽采钻孔的漏气衰减规律进行测试分析,揭示了松软煤层钻孔密封段考虑时间效应下的失稳漏气机制。结果表明,松软煤层钻孔密封段2m～5m处易发生塌孔,且密封段作为主要漏气通道其稳定性也决定着钻孔的长时高效抽采。(3)针对松软煤层钻孔密封段易失稳塌孔的问题,基于巷道喷涂技术和钻孔加固等技术,构建了“同心环”加固密封模型,利用模型分析其时间效应下松软煤层钻孔密封段稳定性和漏气特征。此外,通过数值模拟试验研究了“同心环”模型最佳加固半径和深度及两次注浆的合理注浆压力和时间。研究认为,“护壁岩孔环”最佳加固半径和深度为0.16m～0.18m和0.8～1倍的巷道宽度,注浆压力压力应不低于3MPa、合理注浆时间为10min～15min。(4)基于“同心环”模型提出了新型加固密封技术,对其技术特点和流程开展研究,并通过大量配比试验自主研制一种新型密封材料,结合单因素和响应面多因素分析确定其初步配比设计。在此基础上,利用NDJ-5S型数显黏度计和DDL600电子万能试验机对新型密封材料流动性和抗压强度进行试验研究,选取2%～4%为材料石膏最佳占比量。利用AutoPoreⅣ-9500型压汞仪和DNS-200电子万能试对新型密封材料的膨胀-蠕变特性进行研究,结果表明了材料膨胀剂占比量增大时材料的抗压抗变形能力呈线性减小趋势。(5)考察了新型加固密封技术和材料的实际应用效果,对余吾矿区松软煤层钻孔开展现场工业性试验,分析对比传统效果参数并利用RSM-SY7超声波仪对试验钻孔进行检测。结果表明,新型加固密封技术可以有效避免钻孔密封段孔口位置塌孔,采用新型加固密封技术和材料的试验钻孔在30天和60天的瓦斯浓度是采用膨胀水泥的布袋密封钻孔的2.5倍和3倍以上。研究阐明了松软煤层密封段失稳机理并揭示了密封段时间效应下的失稳漏气机制,据此提出了新型加固密封技术并研制了新型密封材料,在松软煤层矿井进行现场应用试验,表现出显著的优势,这对于合理解决松软煤层密封段失稳、提高松软煤层钻孔抽采效率,具有十分重要的理论意义和应用价值。