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《中国矿业大学》 2018年
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超声波对煤体孔隙结构影响规律研究

于国卿  
【摘要】:超声波激励致裂技术应用于煤层气开采,具有能耗低、无污染、能量集中的优点。超声波激励致裂技术是一种新型环保的煤体致裂技术。为了进一步揭示超声波激励致裂煤体的影响规律,以及有效地利用、完善超声波致裂煤体技术,本文以实验室实验和理论分析相互结合的方法,探究超声波激励致裂煤体机制、超声波功率、煤体含水率对超声波激励效果的影响,对比超声波激励前后煤层瓦斯在煤体内部的吸附解吸性能。文章从超声波自身传播特性入手,分析了超声波空化作用、机械振动效应和超声波热效应在超声波激励煤体过程中的作用。此外,分析了超声波在煤体中的衰减系数,研究了超声波激励致裂技术在煤体中的有效范围。为了更好的揭示超声波致裂煤体的规律,搭建了超声波激励致裂煤体的实验室系统。采用核磁共振技术研究了超声波功率到的变化对于致裂煤体效果的影响规律,实验以70W为分界点,分别研究了高档功率和低档功率激励致裂煤体的效果,寻找到不同功率档可以有效致裂的孔隙类型,并以此实验验证了超声波致裂煤体的机制。超声波的空化作用与煤体的含水率密切相关,本文采用核磁共振技术和分形维数方法研究了煤体内部含水率对超声波激励致裂前后煤体内部孔隙变化情况;并应用热成像技术研究了超声波激励煤体过程中煤体内部温度的变化规律及煤体内部温度的分布特征;得出了煤体含水率对超声波激励致裂效果的影响规律。此外文章结合数值模拟和实验分析,研究了超声波在不同孔隙度煤体中的传播规律和不同频率声波在煤体中传播规律,为超声波激励致裂技术的现场应用提供了理论依据。最后,文章研究了超声波激励前后煤层气在煤体内部的吸附解吸情况,引入吸附解吸迟滞性系数的概念,对超声波促进煤层气的解吸情况进行量化表征。
【学位授予单位】:中国矿业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:TD712

【参考文献】
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