对煤炭生产过程中的瓦斯进行高效抽采不仅可防止采空区瓦斯向井下采煤工作面大量涌入,保障煤矿井下安全生产,还可变废为宝,缓解我国常规油气供应紧张状况和改善大气环境,并产生巨大的经济效益。本文主要采用了理论分析、二维及三维相似模拟试验和现场实测的方法研究了采动影响下地面钻井变形破坏机制和采空区气流空间分布特征,并基于上述研究结果提出了采空区瓦斯地面高效抽采技术。主要研究成果如下:采用二维相似试验模拟井下工作面推进过程中上覆岩层弯曲下沉引起的岩层剪切错动,并通过分析钻井的最大相对水平和竖直位移分布,研究了采动过程中地面钻井的破坏特征,确定了钻井破坏的高危时期、高危位置和钻井失效类型。当工作面推过钻井157m时,钻井的整体水平和竖向位移均达到最大:在煤层上方70m、125m、195m和240m处,钻井水平位移达60-75mm,竖向位移达85mm。在高危破坏时期和高危破坏位置处,煤层上覆岩层的硬软组合岩层的交界面、厚岩层内和厚-薄-厚组合岩层内的钻井段易发生钻井破坏。工作面回采过程中现场钻井抽采数据和钻孔窥视验证了上述研究结果的准确性。采用二维相似试验模拟试验研究了采空区裂隙分布特征,将垮落带划分为完全贯通区、部分压实区和稳定压实区,将裂隙带划分为裂隙产生区、裂隙发育区和裂隙闭合区;采用自主构建的三维可加载多元气体渗流试验系统,模拟煤层开挖形成采空区气流空间,并通过注入多元混合气流模拟瓦斯在采空区气流空间内的分布,定点获取气流空间内不同空间位置的瓦斯浓度分布,研究了采空区瓦斯流动及富集的空间分布特征。采空区空间自下而上可划分为下部富集区、过渡区、上部富集区和无流区,且区域边界呈“V”形。采用现场实测的方法,研究了采动过程中变轨迹定向考察井抽出瓦斯的流量和浓度动态变化,气流空间自下而上可划分为阻流区、富集区和乏流区。在富集区内瓦斯浓度随距煤层高度的增加呈现线性降低的变化趋势。基于上述理论研究成果,提出了采空区井位层位精准优选技术:当钻井井位距回风巷约42-54m,且钻井底部穿过采空区上部富集区,进入底部垮落带,以实现“双富集区”瓦斯共采;提出了“低-中-高”变负压效率最大化调控抽采技术:当地面钻井处在畅流阶段时,采用-20~-30kPa的低负压抽采瓦斯以抽采较高的瓦斯混量;当地面钻井处在阻流阶段时,使用-30~-60kPa的中等负压抽采瓦斯;当地面钻井乏流阶段时,使用-60~-80kPa的高负压抽采瓦斯可保证较高的抽采流量。采用“低-中-高”变负压调节控制钻井瓦斯抽采可保持瓦斯抽采效率持续最大化。