近年来,煤矿瓦斯(煤层气)作为一种洁净、高效的优质能源备受社会各界关注,加强煤矿井下瓦斯抽采是治理煤矿瓦斯动力灾害、开发新型清洁能源的有效途径。我国一半以上的矿井为高瓦斯突出矿井,而95%以上的高瓦斯矿井所开采的煤层属于松软煤层。由于松软煤体坚固性系数小、力学强度低,煤层瓦斯抽采钻孔施工产渣量大、稳定性差,极大地降低了瓦斯抽采钻孔的成孔深度与成孔率,严重影响了煤层瓦斯抽采范围及抽采效果。本文以松软煤层顺层钻孔为研究对象,采用理论分析、钻孔钻进模拟试验和数值模拟试验相结合的研究方法,对不同抗压强度、地应力、孔径等条件下钻孔周围(以下简称“孔周”)的应力响应特征、孔壁变形位移规律和钻孔产渣特性开展理论与试验研究。依据相似模拟理论,制作了不同质量比配比的圆柱体标准试件,通过单轴压缩破坏试验,分析了不同质量比配比圆柱体标准试件的抗压强度变化规律,发现当水膏比一定时,试件单轴抗压强度随着砂胶比的增大而减小;砂胶比一定时,试件单轴抗压强度与水膏比呈正相关。根据相关规范折算出以圆柱体标准试件直径为边长的立方体试件抗压强度,并依据松软煤层特性,优选出立方体试件抗压强度分别为1.3MPa、1.8MPa、2.6MPa时所对应的圆柱体标准试件质量比配比方案作为松软煤层顺层钻孔钻进模拟试验所用试件的配比方案。基于钻孔应力应变理论、松软煤层顺层钻孔钻进模拟试验,对松软煤层钻孔失稳的力学响应机制和产渣规律进行了分析。试验采用自主研制的真三轴伺服加载控制系统和模拟钻机试验系统,将应变砖预埋于相似试件内部不同位置,监测试验过程中孔周的应力响应特征,并利用内窥镜对钻孔孔壁的变形破坏特征进行窥视。结果表明:低抗压强度、高地应力均会导致钻孔发生变形失稳破坏;试件所受地应力对垂直应力峰值及位置、钻孔产渣量的影响最大。地应力的增大,使试件垂直应力峰值增加约4.39MPa,与钻孔中心距离增加约6.22mm,地应力的变化对钻孔单位孔深变形产渣量的影响比值高达1.34倍。试件抗压强度对垂直应力峰值及位置、钻孔变形破坏、钻孔产渣量影响次之,试件抗压强度的增大,试件垂直应力峰值增加约1.43MPa,与钻孔中心距离减小约2.74mm,抗压强度的变化对钻孔单位孔深变形产渣量的影响可达1.27倍。而孔径的变化对垂直应力峰值及位置、钻孔产渣量影响并不显著。此外,通过对比分析松软煤层矿井实际钻孔产渣数据,对试验规律进行了相应的工程验证。基于含瓦斯煤体的有效应力原理,采用ABAQUS数值模拟软件对含瓦斯煤体在不同因素条件下的应力分布、孔壁位移等进行数值试验分析。结果表明:煤体垂直应力峰值及位置、孔壁位移变形量均随着煤体抗压强度、地应力、瓦斯压力的变化而变化。当地应力为25MPa时,煤体存在最大垂直应力为35.11MPa,孔壁位移变形量为17.16mm。当煤体抗压强度为2.6MPa时,最大垂直应力距离钻孔中心最远,且孔壁位移变形量最大,分别为116mm、17.31mm;抗压强度增大至5.2MPa时,煤体垂直应力峰值距离钻孔中心最近为65mm,孔壁位移变形量为5.19mm。孔径的改变不会导致发生较大变化,对钻孔稳定性影响较小,数值模拟结果与物理试验结果具有较好的一致性。