煤层顶板的覆岩采动裂隙是回采过程中卸压瓦斯渗流的通道,利用高位定向钻孔在煤层顶板采动裂隙带中建立一条瓦斯抽采的通道,抽取工作面和采空区内的游离瓦斯,达到降低工作面上隅角瓦斯浓度目的,使之成为解决煤矿上隅角瓦斯超的有效方法。近些年,高位定向钻孔被广泛应用于上隅角瓦斯治理逐渐成为一项成熟的技术手段,相较于传统的高抽巷与高位钻孔,在截抽采空区和邻近煤层的卸压瓦斯上,高位定向钻孔消除上隅角瓦斯超限具有明显的优势,但在现场的工程实践过程中,高位定向钻孔的一些关键参数设计上常根据之前的施工经验进行设计,在实际的应用效果上仍会出现一些偏差,导致抽采效果不佳,部分现场工程实践中无效钻孔工作量较多。因此,本文从影响高位定向钻孔抽采效果的主要因素入手,对高位定向钻孔的关键设计参数进行研究,并通过现场应用加以验证。本文的研究内容主要进行了以下四个方面:(1)导气裂隙带发育范围研究通过理论分析与数值模拟,对工作面顶板导气裂隙带的发育范围进行研究。理论分析方面,采用关键层理论和“O”型圈理论,分别从走向的顶板三带以及倾向的三区进行研究;数值模拟方面,采用二维离散元数值模拟软件Udec对顶板裂隙的发育高度进行研究。综合理论分析和数值模拟结果,为上隅角瓦斯治理用高位定向钻孔关键参数设计优选钻孔布孔层位提供指导。(2)高位定向钻孔瓦斯抽采模型及有效影响半径的确定分析冒落带、裂隙带以及弯曲下沉带瓦斯的运移规律及顶板岩层的破断特征,对采空区顶板采动裂隙带多孔介质区域的渗透系数进行赋值,并建立采空区瓦斯运移的数学模型,确定高位定向钻孔瓦斯抽采的有效影响半径。(3)高位定向钻孔参数优化研究分析影响高位定向钻孔抽采效果的各种因素,并确定研究主要因素,利用Comsol软件建立高位定向钻孔瓦斯抽采的数值模型,分析不同主要因素对抽采效果的影响规律,进而得出最优的高位定向钻孔关键设计参数。(4)高位定向钻孔现场应用基于高位定向钻孔参数优化研究,运用数值模拟优化后的高位定向钻孔关键设计参数,在王家岭矿进行高位定向钻孔工程现场试验应用,高位定向钻孔的后期抽采效果验证关键参数设计的合理性、可行性。