煤炭开采后覆岩裂隙发育扩展,卸压瓦斯大量涌入回采空间,通过研究煤炭开采与覆岩裂隙演化特征和瓦斯涌出特征的相互影响机制,采取合理的瓦斯抽采措施可解决瓦斯超限问题,并实现瓦斯资源的有效利用。论文综合采用理论分析、相似材料试验和数值模拟等方法,开展了煤层群覆岩裂隙带煤与瓦斯共采协同机制研究。主要研究内容和结论如下:阐明了煤与瓦斯共采协同机制的内涵,将煤炭开采、覆岩裂隙演化和卸压瓦斯涌出作为统一系统,以工作面推进度、覆岩裂隙覆盖面积和卸压瓦斯涌出量为变量,应用协同学理论食饵模型建立了煤与瓦斯共采协同机制。以沙曲矿24208工作面为对象,进行了覆岩裂隙演化相似材料试验,研究了 3+4煤开采覆岩裂隙发育演化以及变形特征,研究表明工作面回采时覆岩纵向裂隙以“微裂纹产生—裂隙发育延伸—发育休止—裂隙微闭合—新的微裂纹产生”的形式发生周期性演化,裂隙发育高度呈阶梯状发展演化,采场离层空隙率分布曲线呈“M”型。根据相似试验建立了覆岩裂隙场几何模型,建立了考虑煤吸附应变的渗透率模型和煤岩变形与瓦斯渗流耦合模型,应用上述模型对采空区覆岩变形特征、卸压瓦斯自然涌出特征和卸压瓦斯抽采技术进行了模拟研究,研究表明工作面采后,煤层底板发生膨胀变形,工作面煤壁顶底板存在应力集中;卸压瓦斯沿裂隙通道不断运移到采空区,最终卸压煤层瓦斯与裂隙空间瓦斯达到平衡状态;初期钻孔瓦斯抽采量较大,但衰减快,一段时间后,维持较低的稳定抽采量;抽采负压对抽采效果的影响程度有限。进行了煤与瓦斯共采协同机制应用研究,根据沙曲矿24208工作面实际条件和相似试验建立了共采协同变量,研究了协同变量的相互影响关系及其在卸压瓦斯抽采中的应用,研究表明回采进度Lm为定值时,协同系数k1、k2、k3为仅随S变化的函数,由S和k1、k2、k3随工作面回采时变化规律,确定了最佳的卸压瓦斯抽采钻孔布置层位,位于曲线拐点位置附近。通过对现场卸压瓦斯抽采效果分析,表明顶板定向长钻孔卸压瓦斯抽采量较未卸压时提高4～5倍;高位裂隙孔初采阶段瓦斯抽采量较大,浓度较高,抽采一段时间后,抽采量开始衰减,但抽采纯量仍较本煤层高;抽采负压对抽采量的影响不总呈正相关变化。