煤层瓦斯抽采是治理矿井瓦斯和防治煤与瓦斯突出最有效方法之一,它不仅是安全生产的需要,也是节省能源、保护环境的迫切需要。而抽采钻孔和管路中的瓦斯浓度不仅关乎矿井安全,而且是抽采出来的瓦斯能否被利用的先决条件,如何提高管路瓦斯的抽采浓度,控制管路抽采瓦斯在爆炸限以外,是井下瓦斯抽采技术领域公认难题,实现管路瓦斯的检测监控以及瓦斯浓度的自动化调控对瓦斯抽采领域有着重要的意义。某时刻抽采瓦斯浓度的高低取决于钻孔内的瓦斯流量和漏气量的大小,围绕这一基本问题,文章对影响钻孔瓦斯流量的主控因素、影响钻孔漏气量的影响因素进行分析,为研究管路瓦斯抽采浓度自动化调控系统提供理论基础,论文的研究成果如下:1)在分析煤层瓦斯赋存与流动理论的基础上,利用达西定律,推导出了钻孔瓦斯流量的求解方程,并对影响其大小的因素进行理论分析,认为在同等条件下,不同煤层瓦斯压力下,如果负压的变化范围值相同,流量的改变量为一固定值;提出钻孔流量变化率以及单位负压流量变化率的概念,通过简化理论公式和赋值分析,提出通过计算单位负压流量变化率的大小合理优化其抽采负压的大小对提高钻孔瓦斯流量以及钻孔瓦斯浓度具有一定的实践意义。2)在对钻孔周围煤岩体应变和位移分析的基础上,基于钻孔漏气圈的概念,认为同等条件下,漏气圈面积越大,漏气量就越大,并对影响钻孔漏气圈面积大小的因素进行理论分析,通过探讨钻孔周围煤体渗透率的变化,应用气体渗流理论推导出了钻孔漏气量和钻孔瓦斯浓度的求解方程,结合前一章内容推导出计算某时刻钻孔瓦斯浓度的理论公式。3)提出基础浓度、汇入浓度和即时浓度的概念,认为调整即时浓度的大小的关键是改变钻孔的汇入浓度,并对其影响因素进行分析。其中主要是钻孔直径、塑性圈半径、封孔支护力、封孔段的有效长度、抽采过程中的负压。4)提出了流量加速度的观点,指出钻孔内瓦斯浓度随负压变化升高或降低,主要取决于瓦斯涌出量加速度和钻孔漏气量加速度的比值W,当W>1时,提高负压可以提高封孔单元的瓦斯抽采浓度,降低抽采负压时将降低封孔单元的瓦斯抽采浓度;W<1时,提高抽采负压时将降低封孔单元的瓦斯浓度,降低抽采负压时将提高封孔单元的瓦斯抽采浓度,在此基础上提出了利用W来合理优化瓦斯浓度的方法和建议。5)基于主动支护式封孔原理,研制了囊袋式注浆封孔装置,并进行了工程应用,实验证明了新型封孔方法与现行的聚氨酯封孔法相比可以提高钻孔的瓦斯浓度和抽采流量。6)设计出了煤层参数不同时瓦斯浓度随抽采负压变化的测试实验装置,并进行了不同煤层瓦斯压力下钻孔瓦斯浓度随抽采负压变化的实验分析,以及漏气量随抽采负压变化的实验分析,认为钻孔瓦斯的抽采浓度随抽采负压提高的变化趋势主要取决于煤层瓦斯压力、钻孔的密封程度以及漏气裂隙中微小颗粒的运动状态,并据此提出了最佳抽采负压的观点,认为在瓦斯抽采的过程中,抽采负压不是越高越好,也不是越低越好,而是存在一个最佳抽采负压,并进行了最佳抽采负压的归类分析,认为通过探寻最佳负压可以调整钻孔瓦斯抽采浓度,在保证最高抽采浓度的同时尽可能的降低漏气量。7)结合论文的理论分析以及实验室实验,提出了瓦斯抽采管路浓度自动调控预警系统的构想,系统利用计算机、传感器以及动作执行机构可检测并调整管路的抽采负压到最佳状态。并根据动作执行机构的不同设计了三套方案,经过比较,最终确定了以电动阀作为动作执行机构的方案。分别对主控系统、传感器、以及动作执行机构进行了讨论,完成了硬件设备的选型、PLC程序的设计、触摸屏组态界面设计上位机组态界面设计,并进行了全面的联机测试。8)在焦煤集团九里山矿进行了瓦斯浓度自动调控预警系统的安装测试,并根据工程实践地点的煤层地质条件和钻孔封孔参数进行了系统预设值的确定,搜索出了实验巷道的最佳抽采负压和最佳抽采浓度,证明了理论分析的正确性和系统的可靠性、实用性。