由于煤储层具有多孔隙、渗透率低等特点,传统增产措施例如水力压裂技术,存在煤层损伤大,污染高,适应性不强的问题。而水力空化射流技术通过诱导空化溃灭能产生大量的能量,包括机械震动和热能。使煤层产生交替变形达到撕裂煤层的效果,从而提高孔隙度,同时降低煤层瓦斯在煤体上的吸附能力,达到煤层气增产的目的。本文以提高煤层气采收率空化工具为研究对象,首先,根据应用水声学和气泡动力学,分析了空化气泡在初生、生长以及压缩过程中的动力学特性。并对煤层气在储层中的赋存特性进行分析,建立了适用于煤层孔隙中的空泡初生和溃灭模型,导出压力波传播的波动方程。然后,建立自激振荡空化喷嘴模型,并设计出适用于煤层气增产的空化工具,通过理论分析和Fluent数值模拟的方式,对空化喷嘴的射流特性进行分析,揭示了振荡腔内空化气泡发展过程,并对喷嘴主要结构参数的配比以及工艺参数（入口流速、出口围压）对空化效果的影响进行研究,最后进行室内实验验证。通过改变结构参数以及工艺参数,得出最优的结构参数配比为:d₂/d₁=1.8².2,D_c/d₁=5.6⁸.4,L_c/D_c=0.2⁰.4,α=120°。基于最优结构参数,对实际施工中的工艺参数进行了优化,得出入口流速的最优范围为45⁵5m/s,围压的提高对空化存在抑制作用,但适当提高入口流速能减弱围压产生的抑制效果。通过实验,分析不同流量下空化性能,验证了数值模拟得出的最优结构的具有较强的射流空化能力,并对不同入口直径进行对比,得出该结构下6mm为最优入口直径,改变下喷嘴直径进行实验,得到12mm时节流效果最佳,与模拟结果相吻合。研究结果为煤层气水力空化技术的应用奠定了一定基础,也为水力空化工具的优化设计提供了一定参考。