煤层瓦斯含量是煤层气开发及矿井瓦斯治理的一个重要参数和指标。瓦斯含量准确测定的核心是能够快速取到煤样。目前常用的取芯管及压风引射取样方法无法实现快速取样导致瓦斯含量中损失量的推算误差较大。针对此现状,本论文借鉴了地勘反循环钻井和气力输送技术,采用理论分析、数值模拟、实验室仿真实验和现场试验相结合的方式,研究出r煤矿井下敞口反循环深孔快速取样的方法。构建了煤矿井下敞口钻孔反循环取样技术的研究思路,理论分析了煤矿井下采用反循环取样的基本原理,基于流体力学连续、动量、能量方程、等熵流动方程和气体状态方程等建立了钻孔内空气反循环流场模型。基于牛顿第二定律,对管道固相颗粒在气流中的运动过程进行了受力分析,建立了固相颗粒的运动微分方程。对气固两相流在管道输送过程中的压力损失进行了分析,提出了取样系统中心管中的压力损失项,包括气固两相流加速压损、气固两相流的摩擦压损、钻屑颗粒群悬浮提升的重力压损三方面。基于气力输送工程计算,确定了双壁钻杆中心管内径合理的取值范围为21～32mm,通过理论计算,研究了双壁钻杆环形空间不同间隙条件下沿程阻力系数λ与雷诺数Re和环形间隙h之间的关系,结果表明:在雷诺数Re相同时,环形管道的阻力系数λ随着环形间隙h的增大而减小;在相同环形间隙条件下,阻力系数λ与雷诺数的乘积为一定值;在任意环形间隙条件下,环形管路的阻力系数λ随着雷诺数Re的增大而减小;基于达西公式,得到了不同环形间隙下环形管路的沿程阻力与管长l之间的关系方程;相同环形空间,盂诺数越大时,气体流经相同的输送管路距离时,所产生的阻力越大;而雷诺数相同、环形间隙越大时,气体流经相同的输送管路距离时,所产生的阻力越小。基于Fluent数值模拟,研究了双壁钻杆环形空间流场,结果农明:压缩空气流经环形空间产生的压降近似于线性衰减规律,环形间隙越小,则压缩空气产生的压降越大,结合煤矿井下压风条件,确定了外径73mm的双壁钻杆中心管内径为32mm、环形间隙为5mm,确定了中心管和环形空间过流面积比例约为1.2。基于Fluent数值模拟,分别研究了实现钻孔反循环流场的关键部件钻头内嵌环形喷射器和钻头外喷孔的结构及参数,结合实验室测试,确定了环形喷射器喷嘴安装角为15°、直径为2.1mm,吸入室长度为1.5倍的喷射器喉管直径;钻头外喷孔倾角为10～15°,外喷孔与钻齿中心截面的合适距离宜为两者之间最小距离的2倍。基于稠密离散相模型DDPM对环形喷射器和钻头外喷孔耦合作用下的钻孔内气固两相流进行了模拟,验证了取样钻头反循环取样的可行性。通过对不同钻齿结构钻头取样样品粒度和坚固性系数f值的实验室测定,研究了取样钻头钻齿结构对取样效果的影响。构建了实验室反循环取样系统模型,对空气及代表不同粒径的高粱、大豆和玉米四种流动介质进行了模拟,进一步认识了反循环取样的机理,验证了反循环取样的可行性及装置部件参数的合理性。将研制的煤矿井下反循环取样装置进行了现场应用,取样深度最大达到120m,取样时间一般在5min以内,整体取样成功率90%以上,验证了本论文研究内容的科学性。