进入深部开采后,受“四高一扰动”环境影响,煤层瓦斯压力和瓦斯含量较浅部煤层更大,造成可供选择的煤层保护层越来越少,传统煤层保护层开采方式遭遇巨大挑战,出现无适宜煤层作为保护层开采的技术条件,瓦斯治理成为矿井安全生产亟待解决的难题。本文针对芦岭煤矿深部强突出煤层群不具备传统煤层保护层开采的技术条件,提出选择开采软岩作为保护层开采的区域瓦斯治理新方法,创新了保护层开采方式。围绕软岩保护层开采区域卸压增透煤与瓦斯共采的研究主线,以淮北芦岭典型软岩保护层开采为工程背景,采用多学科交叉渗透的研究思路与多手段综合运用的研究方法,开展深部强突出煤层软岩保护层开采采动卸压力学效应及应用研究,揭示了软岩保护层开采卸压机制及覆岩裂隙场内卸压瓦斯运移规律,形成了相配套的三维卸压瓦斯抽采方法,并进行了现场瓦斯治理工程实践,验证了研究结果对指导深部煤与卸压瓦斯共采的积极作用。本论文取得的主要成果如下:(1)分析了芦岭煤矿8#煤组成成分、细观结构和孔隙特征,得到了8#煤内部微孔小孔发育高、中孔和大孔发育程度低的孔隙结构特征是造成其具有强突出危险性的主要因素之一;分析了Ⅲ1采区的区域瓦斯治理方案,得到煤层群范围内的10煤层不具备保护层开采条件,提出了选择开采软岩作为保护层开采的区域瓦斯治理新方法,选择含高岭石粘土成分的泥岩作为保护层开采层位。通过多角度论证,选择软岩保护层开采方式是可行的。(2)利用固-气耦合实验装置进行了不同围压、气体压力和应力路径对含气煤体力学及渗流特性影响试验研究,试验表明围压对含气煤体的变形破坏起抑制作用,渗透率随围压的增大呈指数函数规律下降;分析了充入的吸附性气体对煤体力学削弱作用机制,简化保护层开采的卸压作用为加载轴压卸载围压应力路径,得到了卸载围压造成含气型煤强度降低,而屈服后渗透率增大,揭示了保护层卸压开采的增透机制。(3)分析了软岩保护层选择开采的相关理论问题。形成了可优选软岩保护层开采的5个技术条件,采用理论分析和数值计算的研究方法,通过建立上覆岩层卸压力学模型和数值计算力学模型,研究了软岩保护层开采的卸压机制;获得了不同开采技术参数(开采厚度、层间距、工作面面长)对被保护层卸压效果的影响规律;依据数值模拟结果,优化设计了芦岭Ⅲ11首采软岩保护层工作面的开采技术参数为开采厚度2m,层间距59m、工作面面长105m。(4)分析了软岩保护层开采采动效应,通过理论分析和数值计算研究方法得到了不同开采岩性对采场前方应力环境的影响规律,,确定了芦岭地质条件下软岩保护层开采方式应力路径并开展了采动力学特征试验研究,试验结果表明软岩保护层开采方式的卸压作用引起煤岩体出现扩容现象,对比煤层保护层开采方式,得到了不同保护层开采方式卸压增透的程度不同,定性分析相同的地质条件,煤层保护层开采方式较软岩保护层更利于开采后卸压瓦斯的抽采。(5)以芦岭煤矿Ⅲ11软岩保护层工作面为试验背景,构建软岩保护层开采卸压相似试验模型,分析了软岩保护层开采过程裂隙发育特征,确定了覆岩裂隙发育区域;基于关键层理论,使用内外双梯形台带模型分析覆岩采动裂隙动态演化过程;运用分形理论定量描述了软岩保护层开采后裂隙网络形成、扩展过程;得到了软岩保护层开采后卸压瓦斯来源为邻近层卸压瓦斯涌出;基于COMSOL数值模拟计算结果,揭示了软岩保护层开采覆岩采动裂隙场内卸压瓦斯运移规律。(6)提出了针对软岩保护层开采的卸压瓦斯抽采方法,开展芦岭软岩保护层开采卸压瓦斯治理实践,根据Ⅲ11软岩保护层工作面周边巷道布置情况,构建了与Ⅲ11软岩保护层工作面开采的相配套的三维卸压瓦斯抽采技术体系;开采实践表明,软岩保护层开采结合全方位卸压瓦斯抽采,被保护层煤层残余瓦斯压力和残余瓦斯含量最大值分别为0.25-0.35MPa和4.87-5.01 m~3/t,瓦斯治理效果显著。图[130]表[23]参[212]。