围压作用下等离子体的爆破破岩效应

作     者：王雁冰 李雪 王兆阳 黄晢航 梅洪嘉 李阳阳 罗林 

作者机构：中国矿业大学(北京)力学与土木工程学院 

出 版 物：《爆炸与冲击》 (Explosion and Shock Waves)

年 卷 期：2024年

核心收录：

学科分类：081901[工学-采矿工程] 0819[工学-矿业工程] 07[理学] 08[工学] 070204[理学-等离子体物理] 0702[理学-物理学] 

基　　金：国家重点研发计划资助项目(No.2021YFC2902103) 国家自然科学基金重点项目(No.51934001) 中央高校基本科研业务费专项资金(No.2023JCCXLJ02) 

主　　题：等离子体爆破 围压 裂纹空间形态 三维重构 LS-DYNA 数值模拟 

摘      要：等离子体爆破破岩技术具有绿色、高效、可控的特点，在深部岩石破碎方面中具有很好的应用前景。为向深部应力作用下爆破破岩工程提供新型破岩方法，开展了4组不同围压作用下的等离子体砂岩爆破试验，通过CT扫描和三维重构，对比分析岩石内部三维裂纹的形态结构和分布状况，研究等离子体爆破破岩技术在不同围压作用下破岩效果，并通过LS-DYNA进行数值模拟，建立了等离子体等效炸药模型，补充验证耦合应力场中等离子体爆破的作用规律，探究不同围压作用下等离子体爆破破岩机理以及岩体在爆破过程中内部裂纹扩展、分布及损伤演化规律。结果表明：相同电压作用下，随着三向围压的升高，岩石表面裂纹的数量和分布范围都呈逐渐减小的趋势，砂岩内部裂纹的复杂程度和贯通程度显著降低。由于在等离子体爆破产生的动态应力场和围压作用产生静态应力耦合场中，等离子体爆破产生的冲击波在爆炸初始阶段发挥主要作用效果，不同围压作用下岩石的裂纹形态和中心膨胀区域未出现明显差异，随着冲击波的衰减，三向围压在等离子体爆破过程的中后期发挥决定作用，抑制岩体的裂纹扩展和损伤演化。同时，随着围压升高，其对岩体内部裂纹扩展的抑制效果越显著，导致岩石内部三维裂纹的体分形维数和损伤度与围压作用均近似呈线性减小关系。