煤层致裂增透是矿井瓦斯防治的关键,通过提高煤层的渗透性促进瓦斯流动从而提高瓦斯抽采效率是预防矿井瓦斯灾害的重要手段,同时可以有效提高瓦斯的利用率。传统的煤层致裂增透方法在实际应用中取得了一定成效,但仍然存在一定的局限性。超声波是一种频率高于20000Hz的声波,它的方向性好,反射能力强,易于获得较集中的声能,可用于测距、测速、清洗、碎石等,在工业、医学、军事上有很多的应用,其在矿井煤层增透致裂方面拥有广阔的前景。目前国内外针对超声波致裂的研究主要集中在理论方面,而对超声波对煤体孔隙结构和化学性质的影响鲜有研究。针对上述问题,本文采用理论分析和实验相结合的方法,深入研究了煤体经超声波激励致裂后孔隙结构和官能团的变化、超声波对煤体瓦斯吸附特性的影响、超声波频率对致裂效果的影响,为超声波激励致裂煤体提供理论支撑。超声波的热效应是致裂煤体的关键因素,因此,本文首先分析了超声波致裂过程中的传热规律。利用红外热成像技术和热电偶对煤体表面和内部温度进行监测,通过温度变化曲线分析了超声波致裂过程中煤体内外温度的变化规律;开展了傅里叶红外光谱分析,通过测量超声波致裂前后煤体红外光谱曲线的变化,分析了超声波对煤体主要官能团的影响。实验结果表明,经过超声波致裂后,煤体的含氧官能团、羟基、脂肪烃、芳香烃含量均有所降低,同时,官能团的变化导致了煤体瓦斯吸附特性的改变,使煤体的瓦斯吸附能力有所降低;利用低场核磁共振设备,分析了超声波对煤体微观孔隙结构的影响,通过对T₂弛豫曲线分析了煤体孔隙度和渗透率的变化。实验结果表明,经过超声波致裂后,煤体的总孔隙度、有效孔隙度和渗透率均有所提高,而残余孔隙度有所降低,同时,超声波频率越高致裂效果越明显。通过PCAS分析技术以及波速检测技术,研究了煤体表面和内部的裂隙变化规律,证明超声波能够有效促进煤体表面和内部的裂隙发育;利用3D-XRM三维重构技术,对超声波致裂前后煤体内部的孔隙和裂隙进行了三维重构,以直观地观察超声波对煤体内部孔裂隙结构的影响,并进行定量分析。实验结果表明,经过超声波致裂后,煤体内部的孔隙数量、体积有所增加。通过对三维重构的结果可见,超声波促进了煤体内部新孔隙的生成,裂隙也在超声波的影响下进一步延长。以上均表明超声波可以有效地致裂煤体,降低煤体瓦斯吸附能力,从而促进瓦斯在煤层中的流动,提高瓦斯抽采效率。该论文有图45幅,表16个,参考文献100篇。