全约束下岩石的非定常频率冲击破碎特性

摘要

针对钻爆法与铣削法破岩效率低、能耗高等问题，提出一种将冲击破碎与机械静压涨裂相结合的复合破岩方法，并通过数值模拟研究不同频率组合对岩石破碎特性的影响；通过建立冲击动力学模型，模拟全约束条件下非定常频率冲击对岩石裂纹起裂、扩展及破碎的影响规律，并基于模拟结果，对应力加载曲线进行了优化设计。结果表明：在单一频率冲击下，45 Hz冲击频率对岩石起裂效果最优，35 Hz冲击频率对裂纹扩展效果最优；在组合冲击方面，45-35 Hz为岩石整体破碎速率最快的频率组合，而针对横向裂纹，50-35 Hz为破碎速率最快的频率组合；相较于基础组合或单一频率加载，优化后的45-35-50-35 Hz频率组合，可使岩石破碎时间进一步缩短16%。研究揭示了冲击频率组合在破岩过程中的关键作用，45-35-50-35 Hz频率组合有效提升了岩石整体破碎效率，为研究高效、低耗的岩石破碎技术提供了理论依据。

关键词

岩石破碎 / 非定常频率冲击 / 裂纹扩展 / 数值模拟 / 频率组合优化