功率超声作为一项有潜力的煤储层激励技术,先前对其规律和机理的认识十分有限。作者自主研发成功多功能的功率超声实验装置,以华北下二叠统山西组肥煤、贫煤和无烟煤为对象开展模拟实验,对模拟煤样的致裂效果、孔隙结构、吸附/解吸、气体放散等性质变化进行了表征研究。发现超声机械波和热在模拟煤样中的传导具有各向异性,煤的微晶越大及大分子结构交联程度越强,各向异性越显著;煤中水-高岭石作用可提高导热率各向异性程度,水-蒙脱石作用则减弱导热率各向异性。超声机械疲劳振动和空化作用形成的冲击水射流,是致裂煤岩的主要方式。发现在功率超声作用下,肥煤和贫煤样品裂隙主要沿层理和内生裂隙方向扩展,无烟煤裂隙主要沿原有裂隙扩展,本质上受控于煤岩显微硬度和组分间的波阻抗差异。功率超声作用过程中,肥煤不同孔径的孔容均有增加,具有疏松煤体结构的特点;瘦煤孔容呈波动式演化,无烟煤微孔-中孔孔容减少是大孔孔容增加的直接原因,揭示不同孔径孔容此消彼长的扩展演化规律。发现高频(50kHz)超声波可显著改造各孔径段孔隙结构,低频(20kHz)超声波则更有利于大孔的扩展发育。气体放散实验表明,超声机械振动对气体流动无明显影响。通过分离超声作用下的机械效应和热效应,发现超声机械振动即使对煤体结构没有破坏,也可活化煤表面活性吸附位、提高吸附势,导致了煤对气体吸附的促进效应和对解吸的抑制效应,这与前人的认识显著不同。