脉冲超声波作用下煤体孔隙扩容与增渗效应试验研究

摘要

为探究脉冲超声波对煤体孔隙结构及瓦斯渗流特性的影响，利用自主研发的声-液耦合超声波激励煤体试验平台，结合煤岩芯气测渗透率测定、核磁共振检测等方法，分析脉冲超声波激励下煤体的孔隙扩容及增渗效应。结果表明：随着脉冲超声波频数激励增加，煤体T₂谱面积、有效孔隙率和渗透率均增大，残余孔隙率、T₂截止值和渗流孔分形维数均减小，且这些参数变化率与脉冲频数均呈幂函数变化关系；脉冲超声波激励促使煤中闭合孔隙转化为开放孔隙，进而形成更优的渗流通道，有效提升渗透率，脉冲频数从1次增至16次时，煤体渗透率增长率由19%增至172%。脉冲超声波通过机械效应与空化效应的协同作用，诱发煤体累积疲劳损伤，促使孔隙发育扩展，从而提升煤体孔隙率和渗透率。在相同能耗下，提高脉冲频数可增强煤体增透效果，为脉冲超声波技术在低透煤层增渗改造工程中的应用提供理论依据。

关键词

脉冲超声波 / 孔隙结构 / 渗流特性 / 煤层增渗