受采动影响，采场上覆煤岩体经历了卸压、变形、失稳、裂隙扩大与减小、压实的动态演化过程，卸压后的瓦斯大量解吸，在升浮、扩散和渗流的作用下沿着裂隙通道流动至裂隙发育充分的区域，流动过程中出现富集、饱和及溢出等现象，产生了采空区瓦斯积聚的现象，造成了工作面瓦斯浓度易超限的安全隐患。裂隙带卸压瓦斯抽采可以实现高流量和高浓度瓦斯抽采，进而对采空区瓦斯进行治理，钻孔布孔参数的确定也决定着抽采效果的好坏。本文通过理论分析、实验室实验、数值模拟实验和现场工业性实验等手段分析了覆岩裂隙扩展及演化机制，明确了采场覆岩裂隙带分区判别指标，界定了各区域边界，表征了各区域发育形态，构建了可供卸压瓦斯流动富集的裂隙空间模型，得出了采场覆岩裂隙场渗透率分布特征，阐明了U形通风下卸压瓦斯流动富集特征，设计了抽采钻孔布孔参数。主要结论如下：

（1）分析了采场覆岩煤岩体应力分布规律，得出了加载、卸载和再加载的煤岩体单元受力过程，阐明了细观裂隙扩展及演化机制；分析了煤岩层弯曲、破断、压实等受力过程，获得了宏观裂隙的扩展及演化机制。

（2）根据采场覆岩破断垮落及裂隙演化规律，明确了裂隙带区域特征，利用岩层贯通度、岩层破断点、岩层水平变形、裂隙带下边界、内边缘区边界、岩层离层率等判别指标表征了各区域发育形态。

（3）构建了“梯形环状裂隙区”三维模型。利用岩层贯通度获得了上界面，利用岩层水平变形为5 mm/m边界获得了外界面，利用内边缘区边界和岩层离层率获得了梯形环状裂隙区宽度，利用裂隙带下边界获得了下界面。

（4）利用分形理论得出了裂隙场分形维数演化特征，得出了分形维数演化过程，研究了分形维数的分布规律，通过裂隙场裂隙发育状态判定准则判定了各区域裂隙的主要发育状态，通过裂隙岩体分形渗流模型得出了走向方向裂隙场渗透率分形分布及其演化规律，构建了考虑裂隙场分区特征的渗透率分布数学模型。

（5）利用FLUENT模拟软件建立了裂隙场空间三维模型，分析了邻近层瓦斯越流规律，导入了考虑裂隙场分区特征的渗透率分布数学模型，设定了瓦斯涌出源项，厘清了采空区卸压瓦斯流动富集特征，预测了绝对瓦斯涌出量，利用现场试验确定了瓦斯抽采钻孔布孔参数，考察了抽采效果。

Affected by mining, the overlying coal rock mass on the mining site has undergone a dynamic evolution process of pressure relief, deformation, instability, crack expansion and reduction, and compaction. After pressure relief, a large amount of gas is desorbed, and under the action of uplift, diffusion, and seepage, it flows along the crack channel to the fully developed area of the crack. During the flow process, phenomena such as enrichment, saturation, and overflow occur, resulting in the accumulation of gas in the goaf, this has caused a safety hazard of gas concentration easily exceeding the limit in the working face. The pressure relief gas extraction from fractured zones can achieve high flow and high concentration gas extraction, thereby controlling the gas in goaf. The determination of drilling hole layout parameters also determines the quality of the extraction effect. This article analyzes the expansion and evolution mechanism of overlying rock fractures through theoretical analysis, laboratory experiments, numerical simulation experiments, and on-site industrial experiments. It clarifies the identification indicators for the zoning of overlying rock fracture zones in mining areas, defines the boundaries of each region, characterizes the development forms of each region, constructs a fracture space model that can provide pressure relief gas flow enrichment, and obtains the permeability distribution characteristics of overlying rock fracture fields in mining areas, Clarified the flow and enrichment characteristics of pressure relief gas under U-shaped ventilation, and designed the hole layout parameters for extraction drilling. The main conclusions are as follows:

(1) Analyzed the stress distribution law of the overlying coal and rock mass in the mining area, obtained the stress process of the coal and rock mass units under loading, unloading, and reloading, and clarified the microscopic crack propagation and evolution mechanism, analyzed the stress processes such as bending, fracture, and compaction of coal rock layers, and obtained the expansion and evolution mechanism of macroscopic cracks.

(2) The areal feature of the fracture zone are defined according to the breaking and caving of the overburden and the evolution law of the fractures in the stope. The development patterns of each region are characterized by such discriminant indicators as the penetration of the rock stratum, the breaking point of the rock stratum, the horizontal deformation of the rock stratum, the lower boundary of the fracture zone, the boundary of the inner edge zone, and the bed separation rate of the rock stratum.

(3) A three-dimensional model of the "trapezoidal annular fracture zone" was constructed. The upper interface was obtained by utilizing the continuity of the rock layer, the outer interface was obtained by utilizing the horizontal deformation of the rock layer to a boundary of 5 mm/m, the width of the trapezoidal annular fracture zone was obtained by utilizing the boundary of the inner edge zone and the separation rate of the rock layer, and the lower interface was obtained by utilizing the lower boundary of the fracture zone.

(4) The evolution characteristics of fractal dimension of fracture field are obtained by using fractal theory, the evolution process of fractal dimension is obtained, and the distribution law of fractal dimension is studied, a mathematical model for permeability distribution considering the characteristics of fracture field zoning was constructed.

(5) A three-dimensional model of fracture field space was established using FLUENT simulation software, and the law of gas leakage in adjacent layers was analyzed. A mathematical model of permeability distribution considering the characteristics of fracture field zoning was introduced, and the gas emission source term was set. The characteristics of gas flow enrichment during pressure relief in goaf were clarified, and the absolute gas emission was predicted. Field experiments were used to determine the drilling parameters for gas extraction, and the extraction effect was examined.

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