为了深入揭示声场提高煤层气抽采率的机理,论文采用CT、低温氮气吸附、NMR和FIB-SEM等测试方法精细表征了超声波激励前后煤的微观结构;采用自主研发的超声波激励下煤层气吸附、解吸与渗流实验系统,实验研究了不同功率超声波激励下煤中甲烷的解吸、扩散特性,及应力场、孔隙压力、超声波作用下煤中甲烷渗流特性,探讨了声场提高煤层渗透率、促进甲烷解吸、扩散的机理,取得如下主要结论:(1)超声波的振动效应、空化效应、热效应能改变煤体的结构。CT扫描结果表明,超声波激励使煤体局部受到损伤,产生了新的裂隙,原生裂隙通道被清洗,增加了煤体裂隙连通率;低温氮气吸附结果表明,煤样在超声波激励前后的等温吸附/解吸曲线规律一致,煤的N₂吸附量、平均孔径、比表面积、孔体积随着超声波功率的增加而增大;NMR结果表明,超声波激励煤样后,T₂曲线峰值增大,孔裂隙增多,成像像素点快速增加,连通范围扩大,形成相互贯通裂隙,表明超声波对煤样内部微结构产生了损伤;FIB-SEM结果表明,煤中存在封闭孔隙,封闭孔隙和贯通孔隙组成了煤体的内部孔隙,采用三维重构软件Avizo,建立了煤结构3D模型。(2)超声波激励前后煤中甲烷的解吸、扩散规律基本相同,超声波激励下煤中甲烷的解吸总量比不加超声波时大,且随超声波功率的增大而增加。扩散模型能较好的描述煤中甲烷的解吸特性,且模型的饱和解吸量参数随功率的增大呈线性递增关系。超声波激励下煤的扩散系数增大,扩散能力增强,表明超声波能促进甲烷解吸、扩散。(3)实验研究了应力场、孔隙压力、超声波作用下煤储层的渗流规律,得出:煤的渗透率随平均有效应力的升高呈负指数函数降低,相同条件下超声波激励时煤的渗透率增大,煤的渗透率随超声波激励时间的增加逐渐增大,作用2.5小时后煤的渗透率趋于稳定,表明超声波能提高煤的渗透率。