压式脉冲水射流破碎硬岩机制及性能表征

来源：振动与冲击杂志2025年第10期北京时间：

作者：凌远非, , 王晓强, , 汤积仁tangjiren@cqu, 张洋凯

单位：1.河南科技大学机电工程学院，河南洛阳471003；2.河南科技大学高端轴承河南省协同创新中心，河南洛阳471003；3.重庆大学煤矿灾害动力学与控制全国重点实验室，重庆400030；4.盾构及掘进技术国家重点实验室，郑州450001

摘要：增压式脉冲水射流作为一种新型的脉冲水射流，具有增压幅度大、射流参数可控和能量利用率高等优势，在硬岩破碎领域具有广阔的应用前景。为进一步提升射流破岩性能，利用自行研制增压式脉冲水射流发生系统开展破碎花岗岩试验，基于三维形貌扫描技术，提出射流破岩宏观性能精确表征方法，探究不同工艺参数对射流破岩性能的影响规律，揭示射流作用下岩体内部细观破裂机制和损伤分布特征。结果表明：射流压力为60 MPa时破岩性能参数存在明显的阶跃式增长，靶距大于100 mm时破岩性能参数急剧下降，喷嘴直径为0.5 mm时破岩性能参数达到最大。花岗岩在射流冲击作用下形成以“初生裂纹、径向裂纹、衍生裂纹”组成的裂纹网络，破碎坑呈勺状，入口面积大，深度较浅，破碎形式为由内部裂隙扩展所引起的片状剥落；同时，射流对岩体的损伤破坏存在着局部效应，随着深度的增大，总体损伤区域分布范围基本不变，密集损伤区域和损伤程度迅速减小。研究结果为推动增压式脉冲水射流破碎硬岩工程应用提供理论支撑。

关键词：硬岩；增压式脉冲水射流；性能表征；破碎机制