超声振动在矿山煤岩致裂中的研究进展与展望

• Published in: 煤炭科学技术 Vol. 52; no. 1; pp. 232 - 243
• Main Authors: 王旭锋, 牛志军, 张磊, 李翔宇, 王纪尧, 常泽超, 陈旭阳
• Format: Journal Article
• Language: Chinese
• Published: 中国矿业大学 矿业工程学院, 江苏 徐州 221116 2024; 中国矿业大学 江苏省矿山地震监测工程实验室, 江苏 徐州 221116; 中国平煤神马集团炼焦煤资源绿色开发全国重点实验室, 河南 平顶山 467000%中国矿业大学 矿业工程学院, 江苏 徐州 221116
• Subjects: ultrasonic action device; increased permeability of coalbed methane; 煤层气増渗; mining engineering; 超声作用装置; 超声振动; 采矿工程; hard rock fragmentation; ultrasonic vibration; 硬岩破碎
• ISSN: 0253-2336
• DOI: 10.12438/cst.2022-2121

TD713; 为了推动超声振动致裂煤岩体技术的发展,提高矿山煤层气增产及硬岩掘进的效率,回顾了超声波技术的发展历程,综述了超声振动在致裂煤岩体方面的应用现状与研究进展,明确了超声振动在煤岩致裂领域存在的关键阻碍性技术难题及发展趋势.① 总结了传统技术在矿山煤层气增产和硬岩掘进领域存在的技术问题,介绍了超声波技术的独特优势及应用领域,阐述了超声波发生器和超声波换能器的发展阶段及相应性能;② 归结了超声振动煤层气促解増渗装置及流程,分析了超声振动煤层气促解增产现状,阐明了超声空化效应、机械振动效应、热效应作用下煤层气降压、加速、位能及动能增加进而促进其解吸増渗的机制;③ 归纳了超声振动破岩装置及流程,阐述了超声振动破碎硬岩的进展,揭示了超声振动产生的机械振动效应与热效应作用下疲劳损伤、微裂纹亚临界扩展、矿物颗粒不均匀热膨胀或矿物相变、岩石物理力学特性劣化导致硬岩破碎的内在机理;④ 针对超声波发生器、换能器及超声振动在矿山致裂煤岩体中的局限度,对未来超声振动致裂煤岩体在现场高效应用的研究重点提出了 4点建议:高性能防爆型超声波发生器和换能器的研发,超声振动促解増渗机理的深入分析及管线技术框架设计,多功能及多场耦合室内超声振动致裂煤岩体设备研制与试验,井下抗干扰超声振动设备的研发应用.