保护层开采是最经济、有效的区域瓦斯治理措施,是实现煤与瓦斯共采的有效技术途径。保护层开采条件下,覆岩裂隙演化和被保护层卸压效果是保护层开采技术的关键。以寺河二号井94302工作面为工程背景,进行下保护层开采试验,综合运用理论分析、模拟试验、现场实测等方法对下保护层开采过程中覆岩裂隙场和应力场演化规律进行研究。主要研究内容及成果如下:(1)构建相似模拟试验系统,模拟下保护层开采,试验过程中观测被保护层顶、底板变形,试验结果表明被保护层底板下沉曲线呈现连续性,被保护层膨胀变形呈“M”形分布。(2)采用深部基点监测覆岩移动规律,分析岩层移动实测曲线,对保护层开采上覆岩层横向三区、纵向三带分布范围进行了划分。(3)利用钻孔电视对比分析保护层开采前、后覆岩裂隙分布特征,94302工作面开采后冒落带高度为2.2-4.5m,裂隙带高度为20-25.7m,被保护层位于弯曲下沉带内。(4)通过三维数值模拟计算,得出下保护层开采过程中采动应力在上覆岩层的分布规律。确定了被保护层卸压效果和保护范围:保护层开采后,被保护层应力下降应约为58.3%,以膨胀变形率达到3‰作为临界指标,得到被保护层走向卸压角为60°,倾向卸压角为63°。(5)对被保护层煤体进行结构损伤观测,观测结果表明:保护层开采后,被保护层出现水平方向为主的小角度的微小裂隙。保护层开采前后,对被保护层瓦斯含量、瓦斯压力进行测定,瓦斯含量由7.63-9.91m3/t下降到4.02-4.53m3/t,瓦斯压力由0.36-0.45MPa下降到0.23-0.26MPa。表明产生的次生裂隙对于瓦斯解吸有促进作用。