急倾斜煤层由于其赋存特殊性,煤体受挤压破坏较为严重,大多数急倾斜煤层为高瓦斯或突出煤层,大量研究表明开采保护层结合卸压瓦斯抽采是最安全、最有效的区域性防突措施。本文以义马煤业集团李沟矿保护层开采为工程背景,采用理论分析、实验室实验、数值分析和现场实验相结合的研究手段;系统分析了急倾斜近距离下保护层开采岩层移动变形、裂隙动态演化及应力变化规律;构建了保护层开采煤岩变形与卸压瓦斯流动气固耦合模型,利用COMSOL Multiphysics多物理场耦合软件开展了急倾斜近距离下保护层开采结合卸压瓦斯抽采数值模拟,并在现场工程得以应用。主要研究成果和结论有:裂隙随着保护层工作面的推进从下至上逐步发育,从产生、发展到闭合是一个动态过程,以顺层裂隙发育为主,局部发育小规模穿层裂隙,二者交错贯穿保护层与被保护层。顶板未出现大范围垮塌,以缓慢下沉为主,采动影响范围波及被保护层,但未破坏被保护层开采条件,受采落矸石充填作用影响,正常开采阶段顶板最大挠度小于初次垮落阶段。裂隙发育及岩层移动可为卸压瓦斯运移和瓦斯抽采提供有效通道。应力卸压最大位置与岩层移动最大位置基本重合,随采动影响呈现原始应力→应力集中→应力下降→应力恢复的变化规律,倾斜上部卸压程度高于下部。基于含瓦斯煤体有效应力原理、煤基质吸附膨胀/解吸收缩变形以及采动应力变化的影响,得出了孔隙率和渗透率演化模型,以此为耦合变量,构建了保护层开采煤岩变形与卸压瓦斯流动气固耦合模型。利用COMSOL Multiphysics多物理场耦合软件开展了急倾斜近距离下保护层开采结合卸压瓦斯抽采数值模拟,获得了不同采动卸压范围、不同抽采时间的抽采影响半径,在地质条件和开采条件相同的情况下,走向抽采半径大于倾向。现场工程实践表明,有效保护范围内被保护层瓦斯含量由原始的6.15~9.50m3/t降为2.18~4.83m3/t,瓦斯压力由0.88~1.35MPa降为0.20~0.35MPa,透气性系数由0.3541~0.3849m2/(MPa2.d)上升到66.0~80.25m2/(MPa2.d),平均增加198倍,评判区域内瓦斯抽采率达50.93%。倾斜上部卸压角按86°划定,倾斜下部卸压角按70°划定,走向开切眼端卸压角按58°划定。对于该类型保护层开采,无需另行施工专用顶(底)板岩巷,利用保护层工作面沿空留巷顺槽施工倾斜穿层钻孔可以有效抽采被保护层卸压瓦斯,消除被保护层突出危险性。相同地质条件下保护层开采比水力冲孔卸压更充分、更均匀,再一次证明了保护层开采在防治煤与瓦斯突出中的重要性。初步形成了一套“基于瓦斯地质的突出危险性预评价→突出危险性区域预测→保护层开采可行性分析→保护层开采+卸压瓦斯抽采→抽采达标评判”的完整体系。为该矿及豫西地区选择一煤组作为保护层,保护上覆二煤组提供了技术参数,也为李沟矿及豫西地区未来区域瓦斯治理提供了一定依据。